Этюды био-логики 420 с. 24 главы

А.Е.Седов

ЭТЮДЫ БИО-ЛОГИКИ


ОГЛАВЛЕНИЕ 

ЧАСТЬ I.
ЖИВОЕ И ИСТОРИЯ ЕГО ИЗУЧЕНИЯ:
 ИНФОРМАЦИЯ, ЗНАКИ, СМЫСЛЫ, УРОВНИ, АНАЛОГИИ.

Глава 1. «ЖИЗНЬ КАК ТЕКСТЫ» И «ЖИЗНЬ КАК ФОРМЫ»: ДОПОЛНИТЕЛЬНОСТЬ ДВУХ ПОДХОДОВ - ОТ ДРЕВНИХ КУЛЬТУР ДО СОВРЕМЕННОЙ БИОЛОГИИ.
Глава 2. О ФОРМАХ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ ДАННЫХ В БИОЛОГИИ.
Глава 3. РАЗВИТИЕ КОНЦЕПЦИЙ ИНФОРМАЦИИ В КОНТЕКСТЕ БИОЛОГИИ:
ПОИСКИ МЕЖДИСЦИПЛИНАРНОЙ МЕТОДОЛОГИИ.
Глава 4. ЖИВОЕ И ИНФОРМАЦИЯ. Научно-популярный мини-обзор.
Глава 5. ОТЕЧЕСТВЕННАЯ СПЕЦИФИКА В ПРИМЕНЕНИИ ТЕОРИИ
ИНФОРМАЦИИ В БИОЛОГИИ. Анализ историка науки плюс воспоминания очевидца.
Глава 6. КОНЦЕПЦИИ ИНФОРМАЦИИ В БИОЛОГИИ РАЗВИТИЯ:
ОСНОВНЫЕ ИСТОРИЧЕСКИЕ ВЕХИ.
Глава 7. БИОИНФОРМАТИКА И БИОСЕМИОТИКА:
ИСТОРИЯ ПУТИ ОТ ТЕОРИИ К ПРАКТИКЕ.
Глава 8. БИОСЕМИОТИКА: ИСТОРИЯ, ПРОБЛЕМАТИКА, ЯЗЫК.
Глава 9. НЕ СТОИМ ЛИ МЫ, НАКОНЕЦ, НА ПОРОГЕ ДОЛГОЖДАННОЙ
ТЕОРЕТИЧЕСКОЙ БИОЛОГИИ ?
Глава 10. УРОВНИ ОРГАНИЗАЦИИ ЖИВОГО - СТРУКТУРНЫЕ, ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ И КЛАССИФИКАЦИОННЫЕ. ТИПЫ ВЗАИМОДЕЙСТВИЙ ЧАСТЕЙ И ЦЕЛОГО И УСТОЙЧИВОСТЬ БИОСИСТЕМ: СРАВНЕНИЯ ТРАНСПОЗИЦИЙ
НА РАЗНЫХ СТРУКТУРНЫХ УРОВНЯХ.
Глава 11. ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ЧАСТЕЙ И ЦЕЛОГО В АСПЕКТАХ ИСТОРИИ БИОЛОГИИ: ТИПЫ ВЗАИМООТНОШЕНИЙ БИОЛОГОВ С ВЛАСТЬЮ. Особенности общего подхода; некоторые примеры из отечественной истории.
Глава12. ЛОГИКА И ИСТОРИЯ НАУКИ, ЗАПЕЧАТЛЕННАЯ В МЕТАФОРАХ
ЕЕ ЯЗЫКА: КОЛИЧЕСТВЕННЫЙ И СТРУКТУРНЫЙ АНАЛИЗ ПРОФЕССИОНАЛЬНЫХ ГЕНЕТИЧЕСКИХ ТЕРМИНОВ И ВЫСКАЗЫВАНИЙ.
Глава 13. УСТОЙЧИВОЕ РАЗВИТИЕ В БИОСИСТЕМАХ:
НЕКОТОРЫЕ ФЕНОМЕНЫ, ПАРАДОКСЫ И СОЦИАЛЬНЫЕ АНАЛОГИИ.
Глава 14. КАК РАЗНООБРАЗНЫЕ БИОЛОГИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ
МОГУТ СЛУЖИТЬ ДЛЯ СОЦИАЛЬНЫХ АНАЛОГИЙ.
Глава 15. КОНЦЕПЦИИ А.А.ЛЮБИЩЕВА И НЕКОТОРЫЕ
СОВРЕМЕННЫЕ ПРОБЛЕМЫ СИСТЕМАТИКИ И ЭВОЛЮЦИИ.
 Глава 16. СОВРЕМЕННАЯ ГЕНЕТИКА В РЕШЕНИИ КЛЮЧЕВЫХ ПРОБЛЕМ
БИОЛОГИЧЕСКОЙ ЭВОЛЮЦИИ.

ЧАСТЬ II.
ГОРИЗОНТЫ БИОЛОГИИ НАШИХ ДНЕЙ И ПРАКТИКА.
Урбанизация: экология и природа человека.
«Суммы технологий», их перспективы и этические аспекты:
генная инженерия; клонирование организмов из клеток;
трансгенные изменения в организмах - источниках пищи.
Биологические основы одарённости.

       
Глава 17. ИЗМЕНЕНИЯ ВНУТРЕННЕЙ И ОКРУЖАЮЩЕЙ ПРИРОДЫ ЧЕЛОВЕКА:
ПРАКТИКА МЕГАПОЛИСОВ И ЭТИКА ЛИЧНОСТЕЙ.
Глава 18. "ТИРАЖИРОВАНИЕ" ЛЮДЕЙ И ЖИВОТНЫХ И ИЗМЕНЕНИЕ
 ИХ НАСЛЕДСТВЕННОСТИ: ФАКТЫ И МИФЫ. (Заметки о клонировании).
Глава 19. КЛОНИРОВАНИЕ, ГЕНЕТИЧЕСКАЯ И ЭМБРИОНАЛЬНАЯ ИНЖЕНЕРИЯ
В ПРИМЕНЕНИИ К ЧЕЛОВЕКУ: ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ВОЗМОЖНОСТИ,
СОЦИАЛЬНЫЕ ПЕРСПЕКТИВЫ, ЭТИЧЕСКИЕ ПРОБЛЕМЫ. «Круглый стол» в редакции журнала "Общественные науки и современность".
Глава 20. МЕТОДИКИ И ИСТОРИЯ ГЕННОЙ ИНЖЕНЕРИИ.
СОЗДАНИЕ ГЕНЕТИЧЕСКИ ИЗМЕНЁННЫХ ОРГАНИЗМОВ -
ИСТОЧНИКОВ ПИЩИ: ОПАСЕНИЯ И
Глава 21. БИОЛОГИЯ ОДАРЁННОСТИ.

ЧАСТЬ III.
НА ПУТИ К СОВРЕМЕННОМУ БИОЛОГИЧЕСКОМУ ОБРАЗОВАНИЮ.
 
Глава 22. ПРОГРАММА РАЗДЕЛА "МИР С ТОЧКИ ЗРЕНИЯ БИОЛОГИИ"
В КОНТЕКСТЕ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОГО ИНТЕГРИРОВАННОГО КУРСА
"ЕСТЕСТВЕННОНАУЧНАЯ КАРТИНА МИРА".
Глава 23. МУЗЕЙ-ЗАПОВЕДНИК "ЦАРИЦЫНО" КАК ОБЪЕКТ
НАГЛЯДНОЙ ВНЕКЛАССНОЙ РАБОТЫ ПО ЕСТЕСТВОЗНАНИЮ.
Глава 24. МЕТОДИКИ «РАЗВИТИЕ КРИТИЧЕСКОГО МЫШЛЕНИЯ
ЧЕРЕЗ ЧТЕНИЕ И ПИСЬМО» (RWCT) В КОНТЕКСТЕ ПРЕПОДАВАНИЯ БИОЛОГИИ.



ЧАСТЬ I:
ИНФОРМАЦИЯ В ЖИВОМ:
ЗНАКИ, СМЫСЛЫ, УРОВНИ, АНАЛОГИИ.

       Попытки использовать методы теории информации для решения разнообразных биологических задач чрезвычайно многочисленны. Например, в известной общебиологической базе данных ‘PubMed’, в которой интегрированы крупнейшая биомедицинская база данных ‘MedLine’ и несколько других огромных биологических баз данных, включая и экологические, на запрос ‘information theory and biology’ в январе 2004 г. были получены ссылки на 3019 документов - в основном рефератов статей. Этот огромный массив, охватывающий публикации начиная с конца 1960-х гг., но при этом “обогащённый” работами последних лет, - не только почти необъятен, но и недоступен нам: большая часть работ, рефераты которых в нём есть, опубликованы в источниках, не доступных отечественному читателю. Лишь по рефератам - даже содержащим математические выкладки - невозможно судить о достоверности и значимости результатов, полученных в той или иной работе, реферат которой приведен. Ещё более фрагментарный массив ссылок на столь же мало доступные публикации дал поиск по традиционным реферативным журналам. Таким образом, “сплошной” скрининг для анализа роли информационных концепций в биологии не выполним.
       При этом необходимо подчеркнуть, что информационные подходы в современной науке, и особенно в биологии, весьма неоднозначны и многолики. Так, в предпоследнем издании монографии “Синергетика и информация” автор её, физик-теоретик и биофизик Д.С.Чернавский, приводит 20 словесных определений понятия “информация” - наиболее часто употребляемых и притом весьма различных по смыслу (Чернавский, 2001, с. 6-10); в последнем издании этой же книги он ограничивается лишь 7 из них (Чернавский, 2004, с. 11-14). Базируясь лишь на одном из них - данном Генри Кастлером ещё в 1960-х гг. (Кастлер, 1967) - “информация есть запомненный выбор одного варианта из нескольких возможных и равноправных” и используя представления, модели и формулы современной синергетики, Чернавский построил концептуальную систему, в которой теоретико-информационные представления служат для описания и анализа динамики развивающихся макросистем. При этом рассмотрено и несколько биологических примеров - связанных с проблемами молекулярной эволюции, онтогенеза (без вычислений количеств информации) и мышления (точнее, работы нейропроцессоров). Надо отметить, однако, что круг конкретных биологических примеров, рассмотренных при этом Д.С.Чернавским, весьма невелик, и теоретико-информационные интерпретации оказываются фрагментарными, если сопоставить их с многообразием самих эмпирических информационных процессов, известных биологам в рамках этих биологических проблем.
       Автор данной книги решил поставить другую задачу, дополнительную к строго аналитическому подходу Д.С.Чернавского - рассмотреть многие важные эмпирические аспекты информационных представлений и подходов в биологии, - делая акцент не на математические модели и аналитические построения, а на многообразные эмпирические информационные феномены. Различные главы Части 1 посвящены как информационным особенностям самих биологических систем, так и развитию прото-информационных представлений о них в истории культуры, включая предысторию и историю биологии, исследования метафорической составляющей языка генетики, концепций и языка современной биосемиотики, представления о многоуровневой иерархической организации живых систем и информационных процессах в них. Особое внимание уделено примерам влияния ценности информации и иерархий информационных уровней на конкретные биологические явления. Именно эти два понятия рассмотрены в книге Д.С.Чернавского в более строгом формализованном виде, но без многочисленных эмпирических биологических примеров, рассмотренных здесь. Вторая часть книги посвящена рассмотрению манипуляций с конкретными биологическими информационными объектами разных структурных уровней живого - их истории, настоящего и, отчасти, - возможного будущего.

Кастлер Г. Возникновение биологической организации. Москва, “Мир”, 1967.
Чернавский Д.С. Синергетика и информация. Динамическая теория информации. Москва, УРСС, 2004.

Глава 1.
«ЖИЗНЬ КАК ТЕКСТЫ» И «ЖИЗНЬ КАК ФОРМЫ»: ДОПОЛНИТЕЛЬНОСТЬ ДВУХ ПОДХОДОВ К БИОЛОГИЧЕСКОЙ ИНФОРМАЦИИ - ОТ ДРЕВНИХ КУЛЬТУР ДО СОВРЕМЕННОЙ БИОЛОГИИ.
 
       “Информация, не будучи “ни материей, ни энергией”, может существовать только в зафиксированном состоянии. При этом способы фиксации (записи) могут быть условными, не имеющими отношения к семантике. Отсюда возникает необходимость деления информации на условную и безусловную. Пример условной информации - код, которым пользуются, чтобы зашифровать сообщение. Кодом называется соответствие между условными символами и реальными предметами (и/или действиями)” (Чернавский, 2004, с. 22). Однако с точки зрения известного датского молекулярного биолога и биосемиотика Джеспера Хоффмейера, характерное свойство, отличающее все живые системы от неживых - это именно наличие в них двух типов присущих им взаимодействующих кодов: аналогового (например, структуры и метаболизма клетки, морфологии организма) и символьного, или дигитального (представленного в информационных макромолекулах - ДНК, РНК и белков) (Hoffmeyer, 1996, p. 39-45). Эта концепция используется и развивается в современной биосемиотике (см. Главу 8*).
       Можно сказать, что символьные биологические коды - основа биологических текстов. Ведь в самом конкретном и чётком значении, текст - это «последовательность знаков, построенная по правилам системы того или иного языка» (БСЭ, 1976, статья «Текст»). Тексты - именно в этом смысле - есть как в феноменах культуры (в литературных памятниках и документах, запечатлённых с помощью различных видов письменности), так и во всех живых организмах (в их генетических программах и кодируемых ими белках). Каждая такая последовательность состоит из определённых дискретных знаков, расположенных апериодически и кодирующих информацию; она линейна и читается лишь в одном из двух возможных направлений, или же «аккордом», и лишь изредка, из точек симметрии палиндромов - в обоих направлениях. Именно текстами - без кавычек! - довольно часто называют свои объекты современные молекулярные биологи и генетики.
       В данной главе предпринята попытка проследить связи понятий «жизнь» и «текст» в различные эпохи и в ареалах различных человеческих культур. Рассмотрим, где, когда и каким образом задолго как до появления понятия “информация”, так и до открытия самих биогенных текстов - последовательностей нуклеотидов в ДНК и РНК и аминокислот в белках - наряду с очевидными представлениями типа «жизнь как формы», формировались разнообразные познавательные модели типа «жизнь как тексты», и как те и другие использовались для фиксации знаний о живом.
       Каковы же причины донаучных «предчувствий» наличия текстов в живых организмах - архетипы психики человека, общие принципы физической организации его мозга, общесистемная необходимость кодировать именно в виде текстов любую информацию - как генетическую, так и мысленную? На этот вопрос мы ответить не можем. Однако приведенные ниже факты говорят сами за себя. Попытаемся показать, как древние символы и образы, сами не будучи научными и переплетаясь с мистическими, религиозными, художественными, поэтическими и философскими представлениями, могли превращаться в познавательные модели и постепенно стать когнитивной и эмоциональной основой великих открытий и постановок важнейших - уже решённых и ещё не решённых - проблем изучения биологической информации в ХХ-XXI веках.
       Именно для дисциплин, зародившихся в ХХ веке, - таких как экология, генетика и биология развития, кибернетика и электроника - характерно выявление, изучение или создание физически трудно обнаружимых (в природе) или же весьма «субтильных» (в технике) связей между объектами, несущих огромную информационную нагрузку и служащих основами важнейших наблюдаемых или создаваемых феноменов. (Иными словами, структурная и функциональная организация биосистем далеко не во всём изоморфны.). «Предощущения» таких неявных функциональных связей характерны для разнообразных форм мистического сознания. Само по себе мистическое сознание породило немало ошибок, так как не обладало и не обладает методиками «умного вопрошания» природы. Такие методики - логические, экспериментальные, инженерные - позволяющие выяснять, какие же из предполагаемых связей существуют на самом деле, создавала и создаёт рациональная наука. Однако и в научном творчестве важную роль играет интуиция - «предощущение» закономерностей, строго взвешиваемое на весах уже исследованных фактов и уже разработанных корректных методов.
       Несомненно, человечество возникало и формировалось в контекстах окружающих биоценозов и живых существ. Всё это -биологическая информация разных уровней структурной и функциональной сложности. С “аналоговыми кодами” - многообразием форм живого - люди имели дело всегда. Как будет показано ниже, представления типа “жизнь как формы” издавна находили множество разнообразных воплощений в вербальных и невербальных произведениях различных культур Земли. В современной культурологии используется соответствующий термин, порождённый информационными представлениями - “мифопоэтические коды”. Отнюдь не всегда верно отображая биологические реалии, эти произведения, тем не менее, отражают огромные усилия людей прошлого понять сущность живого. Рациональная наука углубила восприятие живого, дав обильную информацию о формах “нижних” структурных уровней - с изобретением микроскопа, с созданием биохимических методов...
       Однако крайне удивительно то, что, как будет показано ниже, и символьные, дигитальные объекты тоже тысячелетиями фигурировали во взглядах людей на сущность живого - в представлениях типа “жизнь как тексты”. Совершенно не понятно, как объяснить этот факт: ведь в рамках рационального научного знания впервые сами “биологические тексты” были постулированы лишь в 20 веке (А. Косселем в 1910-х гг, Н.К.Кольцовым в 1926 г.), а затем открыты и расшифрованы (ДНК - начиная с модели Дж.Уотсона и Ф.Крика 1953 г. и далее - в последний период массового секвенирования ДНК с 1977 г.). Чем объяснить такую прозорливость людей минувших эпох? Интуитивными донаучными представлениями о том, что жизнь - это информация (ещё задолго до появления самого этого понятия), а текст sensu stricto - неразветвлённые цепочки кодирующих символов из фиксированного набора-алфавита - необходимый (лучший или и даже единственный) способ её хранения и воспроизведения? Тогда прозорливость наших далёких предков не менее поразительна, чем самые яркие примеры научной интуиции. Или же наши способы фиксации данных - тексты, созданные людьми - каким-то пока абсолютно не понятным образом являются производными тех макромолекулярных текстов, из которых состоим мы сами и всё живое? При всей фантастичности этого предположения, полностью исключить его нельзя.
       Лишь в нашем веке знания о многообразии живых организмов Земли приобрели характер целостного научного контекста - благодаря не только концепции биосферы, зарождению и развитию биогеохимии и экологии, но и выявлению и изучению всеобщего генного родства живых существ, базирующемуся на сопоставлениях представлений “жизнь как формы” и “жизнь как тексты” - уже строго научных - основанных не на мифопоэтических представлениях и мистических откровениях, а на строгих экспериментально-аналитических данных ДНК-РНК-систематики.
       Значимость этих знаний о всеобщем эволюционном родстве трудно переоценить. Даже если не касаться этических аспектов отношений человека с Природой, - императив экологического сознания очевиден: с ним связаны надежды на выживание и устойчивое развитие человечества. Тургеневский Базаров ошибался: Природа - это и мастерская, и храм, и наш общий дом. (Кстати, автор был гораздо мудрее своего героя, и именно биологические процессы, которыми Базаров так агрессивно стремился овладеть, оказались сильнее его и его же уничтожили: морально - любовная страсть, физически - инфекция.)...
       Теперь анализ как модельных, так и реальных биосистем и изучение информационных процессов в них - на всех структурных уровнях от биосферы до биогенных молекул - базируется на разнообразных подходах: физико-химических, технических и даже сходных с экономическими. Этот «симбиоз» естественнонаучных знаний с точными и техническими крайне необходим. Однако он явно не достаточен для понимания того, что же связывало феномены жизни с историей человеческой культуры, и вообще - что же такое в контексте жизни на Земле цивилизация и, в частности, мы с Вами. На наш взгляд, для понимания феноменов биологической информации прагматический «технологический» подход к живым организмам и их взаимосвязям может быть дополнен синтезом современных биологических знаний с историко-гуманитарными. Сейчас мы обладаем достаточно мощными рациональными знаниями, чтобы на их «весах» ретроспективно «взвесить» разнообразные донаучные и даже антинаучные представления об информации в живом и выбрать из них те рациональные (или пред-рациональные) зёрна, которые могли быть подсознательной основой не только зарождения биологии, но и её бурного развития в наши дни.

«Когнитивный мозг» биолога.

       Открывая XIV Международный генетический конгресс в Москве в 1978 году, Ж.Лежен высказал предположение, что даже абстрактные математические объекты (множества, графы и т.п.) - это изоморфные отображения реальных субстратных информационных структур, формирующихся в мозгу (соответственно - ассоциативных полей и нейронных сетей). Сейчас эту концепцию во многом подтверждают нейробиологи и воплощают создатели виртуальной реальности. В этом контексте мышление биологов «двуполушарно»: на всех структурных уровнях формам (изображениям) и текстам (литералам) в культуре соответствуют морфология и биоинформатика в биологии. И подобно тому, как в нашем мышлении иероглифы и пиктограммы - это связующие, промежуточные знаки между формами и текстами, так и низкомолекулярные биогенные соединения связывают мир живых форм с миром генетических текстов - в качестве индукторов и репрессоров, аллостерических регуляторов структур и функций и т.п.. Так же, как и физики, химики и врачи, биологи мыслят и терминами, и невербальными статическими и динамическими образами своих объектов - «картинками, мультфильмами и кинокадрами». Однако только биологи в качестве физически реальных объектов анализа, экспериментирования и систематики имеют не только формы, но и тексты, и названные выше «иероглифы» - изучая, как именно в живых системах функционирует и интерпретируется разнообразная информация, несомая этими структурами. Как и в письменности людей, биогенные тексты построены из ограниченных унифицированных наборов символов - производных нескольких «иероглифов»: нуклеотидные «алфавиты» ДНК и РНК - четырёхзначные, аминокислотный «алфавит» белков - двадцатизначный.

       Меры и структуры в биологической систематике.

       Основания математики - это некоторые её неколичественные разделы (теория множеств, теория графов и т.п.). И в биологической систематике метрики - численные меры сходства (усиков, рогов, лепестков, радикалов, полинуклеотидных и полипептидных участков и т.п.) и меры времени (датировки эволюционной дивергенции) - представляют интерес, но отнюдь не для всех задач.
       Что же касается времени, то в биологических процессах его нередко следует рассматривать как нелинейное, обратимое, циклическое или/и ветвящееся: так, скорости метаболических реакций зависят от температур и концентраций компонент в средах (в частности, остановка времени в биосистемах - это анабиоз); жизненные циклы организмов замкнуты в кольца, переплетены и повторяемы; скорости дивергенции в сестринских группах организмов бывают весьма различными. Всё это важно для понимания специфики протекания различных информационных процессов в живых системах.
       По-видимому, представления данных биологической систематики в виде древ - это дань как физикализму Нового Времени (в методологии которого время - одна из мировых координат и важный параметр), так и древнему иерархическому восприятию мира человеком (оно прослеживается с архетипического образа «мирового древа», о котором пойдёт речь ниже). Ещё недавно биологи полагали, что эволюционные (филогенетические) древа лишь ветвятся, никогда не срастаясь. Теперь ясно, что это - не всегда так. Современные представления о генетических связях между представителями нескольких видов, подчас эволюционно крайне далёких друг от друга - полифилия и симбиогенез при формировании предков клеток эукариот (Маргелис, 1983), горизонтальный перенос генов между геномами различных организмов (Хесин, 1984), концепция геноценозов - сообществ генов в геномах (Антонов, 1986) - показывают, что для представлений отношений родства между организмами нужны не только дендрограммы, но и более полные графы, множества, карты наподобие географических и т.п.. Кстати, до Э.Геккеля подобные представления данных в систематике использовались (Stevens, 1984); Геккель первым ввёл изображения древ как образы филогении.
       Не были ли эти представления данных в виде дендрограмм «навеяны извне» - пирамидами тех доминирующих социальных структур, которые наиболее адекватно отображают именно вырожденные графы - дендрограммы? И, в свою очередь, не «произросли» ли они как ветви на общечеловеческой когнитивной модели «мирового древа»? Ведь очевидно, что генеалогию индивида легче всего представить в виде дихотомического древа, уходящего в глубь времён и там вплётенного в сети межэтнического родства. Кстати, поэтому каждый человек - дитя многих народов, а значит, этническая ксенофобия абсурдна: она противоречит самой сущности жизни. В целом же разнообразные биосистемы органично сочетают «логику древ» с «логикой сетей». Это видно и в нейронных системах мозга, и на связях особей в популяциях и видов в биоценозах: иерархии возникают для решения «жёстких» задач, а когда возникают новые, нетривиальные задачи, они быстро перекраиваются в сети - образуются горизонтальные связи.
       Количественные меры сходств, впоследствии оказавшиеся столь удобными для анализа литеральных биологических объектов - ДНК, РНК и белков - создавали систематики 1950-х-60-х гг. - в полемике нумеристов с кладистами, идущей до сих пор (Шаталкин, 1988). Нумерическая таксономия ввела в систематику кластерный анализ, а кладизм - идеи ценностного ранжирования. Ретроспективно может показаться, что оба этих направления были словно «порождены предчувствием» информационных макромолекул - нуклеиновых кислот и белков. Древа с мерами расстояний на них - основная форма представления данных в современных работах по молекулярной эволюции (Седов, 1994). Однако в сравнительной эволюционной морфологии количественные меры отнюдь не необходимы (например, Беклемишев, 1964).
       Эти особенности таксономических и эволюционных построений, основанных на сравнениях аналоговых и символьных информационных носителей, также важны для понимания процессов роста и преобразования информации в эволюции биосистем.

       Эволюционные корни систематики.

       Может показаться, что морфология и генолингвистика (как удачно назвали изучение генетических текстов наши коллеги А.Миронов и Н.Александров) - это старое и новое лишь в научных знаниях о жизни. Морфология - холистична, а генолингвистика - апофеоз редукционизма в биологии. Однако способность к логической классификации и систематике вообще не является прерогативой человека! Пчёлы способны выделять и использовать абстрактные категории: отдельно - формы, цвета и размеры фигур. Муравьи одним касанием антенн передают друг другу 6 бит информации - 6 решений дилемм в путях по дихотомическим лабиринтам. А именно дихотомии - это логическая основа построения ключей в биологических определителях и упомянутых выше эволюционных древ. Есть масса других примеров классификационной логики животных. У растений и грибов тоже есть весьма логичные системы распознавания не только своего, но и других видов - симбионтов или врагов (феромоны, фитонциды и т.п.). Отрицание такой логики - лишь одна из ошибок или подтасовок антропоцентризма. Названные системы анализа информации и интерпретации знаков стали предметом изучения биосемиотики (см. Главу 8*).

       Первые запечатления биологических представлений.

       Однако мы остановимся здесь (да и то весьма кратко) на предыстории систематики форм и систематики текстов лишь в человеческом контексте - обсудим некоторые памятники письменности и изобразительных искусств различных времён и народов, в которых запечатлена история представлений о живом.
       Стремясь наиболее обобщённо фиксировать свойства и интерпретировать явления окружающего мира, добиться «свёртки» информации, наши предки сохраняли свои знания весьма многообразными лаконичными способами - как изображая формы, так и изобретая символы. И в первую очередь это касалось знаний о фауне и флоре - о природной среде обитания, о соседях - врагах, друзьях и источниках пищи, одежды, лекарств. Биологическое разнообразие всегда служило мощным источником как конкретных эмпирических знаний, так и мистико-аллегорических представлений. Но Жизнь сложна. И потому нередко требовались хитроумные сочетания абстрактного и конкретного - возникали разнообразные формы «симбиоза» изображений и текстов, которые мы обсудим ниже.
       Ещё жрецы и художники палеолита размещали разные наборы изображений на стенах пещер по-разному, хитроумно используя детали их рельефа. Изучив рисунки в 63 пещерах, удалось выделить 7 типов зон рисунков (Leroi-Gourhan, 1964). В самых священных участках пещер изображены женские знаки, а в периферийных и переходных участках - мужские. Специфически сгруппированы и изображения различных животных. Таким образом, в каждой такой пещере общая композиция - шире отдельного изображения. Это как бы «текст в контексте пещеры», все знаки-символы которого - те или иные группы из изображений живых существ. В более поздних палеолитических поселениях пространство наскальных изображений-«текстов» организовано более чётко. Так, в пещерах Скандинавии, Прионежья, Сибири, Африки в общих композициях появляются верх и низ, правые и левые части, кортежи животных - одного вида или с чередованиями различных видов. Дальнейшее семантическое разделение пространства прослеживается в композициях типа «мирового древа» (о них речь пойдёт ниже).

       Рождения и чередования образов и знаков.

       Оказывается, что уже в верхнем палеолите периоды культур знаков-символов чередовались с периодами культур рисунков-форм. Так зарождались две тенденции, в дальнейшей истории цивилизаций порождавшие чередования культур двух типов - мы можем назвать их литеральными (с преобладанием текстов) и фигуративными (с преобладанием изображений). Проследим их развитие в истории культур.
       
Логика, космогония и живое - воззрения минувших эпох.
Животные-знаки.
       
       В более миниатюрных первобытных изображениях, символизирующих бинарные, тернарные и более сложные отношения, в качестве элементов этих отношений использованы изображения растений и животных. Таковы пары собако-волков на абхазских фресках, лошадь и бизон из Ляско, пять животных на печати из Мохенджо-Даро, трёхчленное «мировое древо» на рисунках сибирских шаманов (Иванов, 1978). Так именно живые организмы становились элементами первых символов единства и взаимодействий противоположных начал. С другой стороны, во многих культурах «зоологична» и целостная картина мира: в основных космогонических мифах космос имеет свои зооморфные отображения - первичное яйцо, черепаху, слонов, трёх китов и т.п. Первые такие мифопоэтические тексты были созданы в эпоху неолита и зафиксированы в виде иконических знаковых систем. И в более поздних культурах животные часто выступают как «наглядная парадигма, отношения между элементами которой могли использоваться как определённая модель жизни человеческого общества и природы в целом...» «В этом смысле использование образов животных в эпосе или в аллегорической системе апологов, басен, притч, пословиц и т.п. (вплоть до средневековых «Бестиариев») продолжает архаическую традицию. В мифопоэтическом сознании животные выступают как один из вариантов мифологического кода (наряду с растительным, пищевым, химическим, цветовым и т.п.), на основе которого могут составляться целые сообщения»... «...конкретные элементы зооморфного кода получают способности выступать как классификаторы и... могут объединяться в целые комплексы, обнимающие разные сферы бытия (... цепи соответствий типа: данное животное - растение - страна света - цвет - небесное светило - элемент (стихия - металл - вкус - время года - божество))». (См. Энциклопедию «Мифы народов мира», статьи «Растения» и «Животные»).
       Животные-символы появляются ещё в ранних родовых обществах. Зооморфные предки-тотемы используются в дескриптивной и этиологической функциях. Таков нагуализм (животное-нагуаль влияет на судьбу индивида), промысловые культы и «медвежьи праздники» (у айнов, нивхов и других народов). Это дало начало шаманским обрядам и представлениям об оборотнях. Во многих верованиях душа человека принимает облик птицы (в Египте, Вавилоне, Греции, Средней Азии), бабочки, пчелы, - или же вселяется в мышь, змею, ящерицу, крокодила, обезьяну. Широкий спектр «вселений душ» - в индийских верованиях в реинкарнацию. Во многих космогонических мифах животные фигурируют как творцы и герои. В античном пантеоне животные ипостаси имели многие боги: Зевс принимал облик быка, орла, лебедя, муравья, Посейдон - коня, Деметра - кобылицы, Гера - коровы, Афина - змеи, Дионис - быка и т.п.. Свои животные-ипостаси есть и у Христа (агнец и рыба), и у христианских евангелистов (вол, лев и орёл). Сложные аллегории в виде животных представлены в средневековой геральдике. Даже в медицинской лексике сохранились мифологические «следы» животных: среди болезней есть рак и грудная жаба. Таким образом, даже при развитой письменности использовались животные-символы.
       Возможно, что и типологические подходы к научной классификации животных, начиная с Аристотеля, уходят корнями в мифологическое сознание, поскольку некоторые животные мифов выступают как представители целых классов. Так, в китайской традиции Белый тигр - представитель всех четвероногих, Феникс - всех птиц, Голубой дракон - всех животных, покрытых чешуёй, а Чёрная черепаха - почему-то всех моллюсков.
       В Китае и в Японии эти же четыре животных соответствуют странам света, сезонам и стихиям, а другие животные символизируют знаки Зодиака (как и в исламской, и в европейской традициях). Разные четвёрки животных представляли страны света - в Ассирии, в Древнем Египте и у индейцев, или элементы-стихии - у иудеев (в Ветхом Завете) и в Древней Греции.
       
Мировое древо и символы на нём.

       Для культур всех древнейших великих цивилизаций, обладавших развитыми социальными иерархиями и, по-видимому, информационно не связанных, - в Египте, Двуречьи, Индии, Китае, Центральной Америке - характерен и общий сюжет иерархии мира, причём весьма «ботаничный» - мировое древо. Логика мироздания породила структуры обществ - или же, наоборот, социальная практика человека - основа его логических схем? Так или иначе, такие системы люди могли заимствовать у реальной флоры. По-видимому, «ботаничность» - это изначальное свойство человеческого сознания. Показано, что на определённом этапе развития детской психики в рисунках преобладает образ дерева (тест Коха). К сходному выводу пришёл и К.Юнг, анализируя символику алхимиков и деревья на рисунках пациентов: по Юнгу, образ древа символизирует бессознательное (корни), реализации сознательного (ствол) и «транссознательные» цели (крона, листва). В истории культур «эпоха мирового древа» имеет общую тему - борьбу двух начал: светлого (положительного) с тёмным (отрицательным). Последнее связано с преисподней и олицетворяется змеем или драконом. (Попутно заметим, впрочем, что в культурах ареала Великой Степи - от Китая до левобережья Волги - характерно положительное отношение к этим рептилиям: символ Казани Зилант и китайский Ши-Лан - по-видимому, одно и то же, что следует и из созвучия их имён, и из археологических находок в этих ареалах.). Темы этих двух начал запечатлены в огромном множестве изображений-«текстов». Композиция их обычно двучленна: в центре - объект почитания (древо, столп, Будда), его фланкируют почитатели - адоранты (деревья, животные, люди и мифические образы). В частности, такова и композиция христианской иконографии, в целом антропоцентричной: в ней образы животных и растений - лишь вспомогательные символы, и в центральной композиции их, как правило, нет. «Космическое» мировое древо - образ, воплощавший универсальную концепцию мира. Оно имеет ряд аналогов: древа жизни, плодородия, центра, восхождения, познания, смерти, зла, нижнего мира, нисхождения, а также - небесные, шаманские, мистические и прочие древа. В картине мира этому древу соответствовали: ось мира, мировой столп, мировая гора, первочеловек, храм, арка, колонна, обелиск, трон, лестница, крест. Тема мирового древа присутствует во многих жанрах изобразительного искусства и архитектуры, начиная с эпохи бронзы по сей день, и олицетворяет противостояние организующих сил космоса хаосу. Знаковая организация космоса в космогонических мифах предстаёт в бинарных оппозициях (свет-тьма, небо-земля) и в градуальных сериях (растения -животные -люди). В центре мира располагается мировое древо (реже - два, три или четыре древа). Обычно древо разделяет три сущности: небесное, земное и подземное царства; прошлое, настоящее и будущее; предков, современников и потомков; голову, туловище и ноги и т.п.. Каждой части древа соответствует свой класс существ, чаще - животных. Вверху располагаются птицы, в центре - копытные и человек, а внизу - змеи, лягушки, мыши, рыбы, бобры и различные чудовища. Горизонтальные элементы композиции древа отображают ритуал и его участников, страны света, времена года, части суток, цвета, числа, элементы мира и прочие оппозиции одного «уровня организации» реалий окружающего мира в понимании создателей того или иного образа древа. Нередко древо - это модель мировой культуры, цивилизации. Расчленяя изобразительное пространство, образ мирового древа отображает различные мифопоэтические числовые константы: триады (членения по вертикали, различные «тройки» - богов, героев мифа, социальных групп, высших ценностей, этапов процесса), тетрады (богов, сторон света, времён года и дня, возрастов, элементов мира), 7- и 12- членные деления соответственно количеству ветвей древа и т.п.. Мировое древо в таких представлениях выступает как посредствующее звено между Вселенной (макрокосмом) и человеком (микрокосмом) и как место их пересечения, определяя место человека во Вселенной. Иногда образ мирового древа отображает вполне рациональные биологические (и даже генетические) сведения - он является моделью брачных отношений и/или генеалогий. В частности, на женских свадебных халатах нанайцев изображены генеалогические древа, причём каждый род имеет своё древо.
       В живописи Средневековья «гибридов» форм и текстов - производных от мирового древа - немало: есть древа генеалогические и алхимические, а также древа любви, души, жизненного пути и т.п.. Так, в книге Ламберта из Сент-Омера «Liber floridus» (конец 12 века) есть изображение древа познания добра и зла. На картине Пасино де Бонагвидо (Италия, начало 14 века; Флоренция, Галерея Академии художеств) Христос распят на пышном древе жизни, листья которого содержат изобразительные клейма. Однако бывает, что листья содержат тексты. Таковы древо жизни и смерти на миниатюре Бертольда Футмейра в молитвеннике епископа Зальцбургского (1481г., Баварская государственная библиотека) и на гравюре из книги Р.Флудда «Священная философия и христианская вера» (1626 г.) - ветви этого древа содержат имена и названия качеств Бога на латинском и древнееврейском языках. Впоследствии подобные древа вошли в изобразительные средства различных наук, особенно - биологической систематики. А в наше время на концах ветвей биологи-систематики запечатлевают как различные формы - морфологические признаки, так и различные тексты - генные и белковые первичные структуры.

       Био-мистика растений и текстов.

       Сакрализация растений в верованиях различных народов далеко не ограничивается сюжетом мирового древа. Вспомним культы Осириса, Адониса, Аттиса, Диониса, легенды о Гиацинте, Дафне, Нарциссе, наяд и дриад, Сому у индусов, Бога Маиса у центрально-американских индейцев... В космогонических построениях нередко растения считались самыми первыми объектами, которые сотворили боги. Однако сакрализация растений связана с земледелием, а оно зародилось позже скотоводства. Поэтому «ботанические» мифологемы появились позже «зоологических». Часто растения связывали с представлениями о родстве людей. Так, люди германского племени семионов считали себя потомками деревьев одной рощи. У европейских народов бытовали поверья о том, что души предков живут в древесине, в деревьях, ветвях, листьях, цветах. С растениями были связаны праздники: у римлян - флоралии, у славян -Троица (с берёзой), Маковей, Яблоневый Спас. Яйцо в животной символике, зерно и семя в растительной - общие символы непрерывности жизни и плодородия, а в духовном плане плоды - символ мудрости и добродетели. Возможно, именно поэтому разнообразные мифолого-биологические представления обычно связаны с сакрализацией письменностей и текстов. (Об этом - ниже).

 Изображения живого - «тексты без букв».

       Восток дал нам не только лаконизм в колоритах, воплощённый в моно- и дихромных гравюрах, но и превербальные знания о самих животных и растениях и о таинствах их изображения, живущие уже тысячелетия. Вероятно, многие китайские иероглифы (а, возможно, - не только китайские) отображали формы тел животных и циркуляции жизненных сил в них (Завадская, 1982). Древнекитайская медицина запрещала вторгаться металлом в живое тело. Нарушение этого запрета - палаческие исследования на военнопленных, которые проводили придворные лекари тирана Цинь Ши Хуан-Ди в 3 веке до н.э., - привело к созданию иглотерапии (акупунктуры). По-видимому, это «вторжение в микрокосм» было одним из первых шагов к «расчленяющей» биологии, доминирующей в наши дни, и к поискам «главных», «узловых» признаков организмов.
       Христианская культура не только дала нам высокие этические нормы, но и способствовала антропоцентризму: образы растений и животных начали становиться лишь символами. Стала доминировать унаследованная от Римской империи вербально-литеральная культура. А визуальные образы животных и растений, как и мистико-натуралистические представления, были сильны именно на границах ареала христианства. Яркие примеры этого, на наш взгляд, являли Фламандия и Русь.
       Борясь с «книжной» доктриной католической Испании, фламандцы буквально «распахнули глаза» Европы на тайны живого. Можно проследить, как менялась «фокусировка», «глубина резкости» взгляда фламандца-первооткрывателя, сочетавшего в одном лице живописца-реалиста и аллегориста, философа-мистика и биолога-натуралиста. Восприятие мира П.Брейгелем (горизонты, дальние ландшафты, толпы, фигуры людей и животных) пополнялось видением И.Босха (здания, фигуры людей и животных, и - ближний план: предметы быта и культуры, лица людей, выписанные с талантом опытного орнитолога птицы...). Контекст полотен этих мастеров - огромная притча, мистерия и метафора (то сакральная, то инфернальная). Ещё более ближний план - живые дары морей в натюрмортах Ф.Снейдерса. И, наконец, кисти, перья и резцы художников были дополнены инструментами для зоотомии: Ян Сваммердам впервые вскрывал мелких беспозвоночных и публиковал соответствующие гравюры. Так зародилась сравнительная анатомия. И даже такая вивисекция была сопряжена с преодолением этических барьеров (вспомним Китай): в конце жизни Сваммердама терзали мистические раскаяния (Плавильщиков, 1941). Вскоре А.Левенгук изобрёл микроскоп, и взор исследователей стал проникать ещё глубже - в мир одноклеточных организмов. И затем - тоже в ареале протестантизма - «отец систематики» Карл Линней нашёл вербальные эквиваленты разнообразных форм живого и запечатлел их в текстах, а Рене Декарт создал концепцию «человек-машина» - первый философский продукт инструментальной расчленяющей биологии, а также мотивацию и методологическую основу для её дальнейшего развития.
       О фигуративном восприятии в древней Руси свидетельствуют животные и растительные барельефы на её первых христианских храмах (например, на Дмитриевском соборе во Владимире). Именно в нашем культурном ареале пересекались как четыре ветра, так и четыре потока культур и языков. Иероглифы встречались с рунами, петроглифы -с буквами.
       Обратимся к некоторым древнерусским книжным миниатюрам. Каждую рукописную книгу делали в единственном экземпляре и на века. Их создатели были добросовестными натуралистами. Так, на северной границе христианской ойкумены (в нынешней Архангельской области в 15-16 вв.), иллюстрируя события, происшедшие в разных регионах Руси и Средиземноморья, монахи - первопроходцы и миссионеры - изобразили дубы, сосны, овец и собак так, что различимы разные подвиды (См. миниатюры о суде Соломона и об эпизодах из «Жития Антония Сийского» в книгах из Антониево-Сийского монастыря). Однако там же встречаются и рисованные аллегории, выполняющие функции текстов, «буквы и слова» которых - натуралистические изображения (как у И.Босха). Например, на нескольких миниатюрах монахи рубят, варят и жгут палево-радужные «растения» высотой в несколько человеческих ростов, по форме похожие лишь на плесневые грибы - пенициллы и аспергиллы. (Монахи могли разглядеть их на испорченных продуктах - например, медитируя во время поста, а затем - гиперболически и метафорически увеличить.). На тех же самых рисунках другие монахи боронят поле и засевают его изумрудно-зелёными шариками - то ли горохом, то ли хлореллой... Эти фантастические, «марсианские» сюжеты можно понять как своеобразную невербальную агитацию - «листовку» для монахов-«сталкеров» - примерно так: «Братья! Куда бы вы ни пришли, неся Слово Божье, - «Древо, не приносящее добра плода, срубайте и бросайте в огонь», и «сейте разумное, доброе, вечное» - наше родное и зелёное!». Нетрудно увидеть здесь и «прото-экологический» смысл: людям нужнее всего первичные продуценты - фотосинтезирующие растения...
       Мысленно перенесёмся в ареал ирано- и тюркоязычных культур. Тысячелетиями скифо-меотийский звериный стиль порождал образы-химеры из тел животных (задолго до реальных химер современной биологии - генетических и эмбриональных). Их «когнитивные потомки» - химеры уцелели даже у христиан (мы видим их на готических соборах). Даже воины-кочевники были в чём-то натуралистами и художниками. Стоит взглянуть, например, на рисунки и описания растений и на брачный полёт саджей в миниатюрах «Бабур-наме» (Бабур, 1958).
       Не понятые и уничтоженные конкистадорами культуры Нового Света «рассказали» нам своими рисунками о биологических познаниях индейцев - увы, слишком мало! Мы знаем, что в Центральной и Южной Америке умели искусно трепанировать черепа - но что делали индейцы с мягкими тканями живого мозга?.. Почти не касаясь здесь их «рисованных текстов», опишем лишь один цветной рисунок. В священном свитке ацтеков - так называемом Борбонском Кодексе - изображён жрец в ярком одеянии из перьев птиц. Перед ним - тренога, на ней - голова птицы со свисающими кровеносными сосудами, которые пережаты зажимами. Внизу - бурые сосуды, по форме напоминающие вазы и бутыли; из них одной из них свешиваются фаллообразные объекты на длинных ножках (возможно, грибы). Загадочные биотехнологии!..

       Литеральные культуры.

       Однако с самых древних цивилизаций развивалась и другая «методология» - традиции мистического и формально-логического анализа литеральных текстов. Издревле во многих культурах письмена понимались как священные знаки, связанные с высшими и тайными смыслами, - чудесные «инструменты» для решения задач, без них не разрешимых. Уже пиктограммы и идеограммы служили для «свёртки», фиксации и трансляции информации - знаний, доступных лишь посвящённым в логические принципы этих знаковых систем. Изобретение, знание и использование письмен были уделом особых разрядов жрецов. У кельтов это друиды (кстати, - связанные с мистикой деревьев и трав), у древних египтян - «священнокнижник», в ритуальных шествиях выступавший с чернильным прибором и тростниковым пером, и элита - профессиональные писцы. Сам термин «иероглиф» в переводе с греческого - «священно-вырезанные» письмена. Большинство иероглифов разных культур биоморфно (вспомним Китай). Древневавилонский Набу и древнеегипетский Тот - боги-писцы, покровители писцов и властители судеб, а Тот - ещё и покровитель устной речи и всех знаний. Считалось, что это божество с головой священной птицы - ибиса, реально обитающего в долине Нила - записывает волю высших сил («Ра изрёк, а Тот записал») и провожает души умерших в загробный мир. Текст, знания - и жизнь, смерть (снова - биология!). В Древней Греции считалось, что письменность изобрёл Гермес Трисмегист, порой отождествлявшийся с Тотом. Древние индусы верили, что санскрит и алфавит были изобретены Сарасвати - божеством мудрости, речи, учения, науки и искусства. В исламской традиции считают, что Аллах создал буквы, а затем скрыл их от ангелов, но сообщил их Адаму.
       Одна из древнейших литеральных культур - древнееврейская. Согласно ей, Тора священна, и её бытие первично. (Позже мусульмане заимствовали эти представления по отношению к Корану.). В иудаизме Бог един, не всегда антропоморфен, а порой - отчасти пантеистичен. В самом древнем памятнике Каббалы - «Сефер-Ецир» (2 в. до н.э., возможно - пересказ более ранних источников) Бог длится несколько тысяч солнц и несколько миллиардов лет. В поздней иудаистской традиции буква священна сама по себе и бессмертна. Можно сжечь свиток, но буквы неуничтожимы (вспомним булгаковское: «Рукописи не горят!»). Евреи называют себя «народом Книги». В то же время эта богатейшая текстовая культура почти не фиксировала знания в изображениях. В древнейших иудаистских памятниках с изображениями (например, в Сараевской Агаде) изображения животных и растений весьма условны.
       В космогонии древних греков Хаосу противостоит Логос - понятие, объединяющее слово и дело. Эта диада аналогична понятиям энтропии и информации в негэнтропийных концепциях информации. И - «Вначале было Слово», а точнее, на языке оригинала, - Логос. По преданию древних скандинавов, бог Один висел на священном дереве Иггдрасиль, познавая руническую письменность и связанные с нею таинства. Там он и вырезал первые руны - «сильнейшие знаки». Впоследствии руны служили талисманами у скандинавов и германцев.. Во многих культурах, связанных с книжными знаниями, образ книги - засеянное поле: борозды - строки, семена - буквы, сеяние - писание, сбор урожая - чтение и понимание книги. С образами букв и письменности связаны название дерева бук, русское слово «буква» и английское «book» (книга).
       В отличие от иудаизма, в раннем христианстве букве был противопоставлен дух, и именно с ним связывали высший смысл. В апостольских Посланиях к Коринфянам (2 Кор. 3,6) и к Римлянам сказано, что «буква убивает, а дух животворит». Возможно, поэтому христиане в дальнейшей духовной практике не ограничивались текстами, а пользовались всеми изобразительными жанрами - архитектурой, скульптурой, фреской, иконой, книжной миниатюрой, - и во многих частях ареала для большинства верующих христианство - это религия сакральных изображений. При этом тексты хранятся, копируются и сохраняются духовенством, и им же произносятся, как бы «оживая на слуху» перед прихожанами. Священные изображения тоже создаются духовенством, но каждый прихожанин воспринимает их непосредственно, без участия священников.
       Однако христианство всё же заимствовало из иудаизма мистическое отношение к буквам. В иудейской традиции каждая буква имеет сокровенное значение (в частности, это изложено в трактате «Буквы рабби Акивы»). При этом названия букв являются аббревиатурами, и их последовательности можно развернуть в некие утверждения. Этот принцип (Нотарикон) использовался в каббалистической литературе и был заимствован ранними христианами. Например, словесное обозначение Иисуса Христа как рыбы (опять зооморфный образ!) «разворачивается» греческими буквами как «Иисус Христос, божий сын, спаситель». Согласно иудейскому мистическому трактату «Книга творения», мир состоит из чисел и букв. Алфавит здесь становится классификационной системой: буквы используются как классификаторы явлений и понятий, в частности - они обозначают многие виды животных и растений. Всё это применялось в средневековых трактатах - «Травниках» и «Бестиариях».
       Биологи ХХ века открыли макромолекулярные тексты - основы жизни. Но за тысячелетия до этого методы формально-логических преобразований подобных объектов - «модельных», когнитивных - развивались в рамках тайных учений (в частности, в Каббале). В 17 веке А.Кирхер построил генеалогическое (эволюционное) древо языков на основе сходств слова «Бог». Этот подход можно считать прообразом современных алгоритмов компьютерного анализа лексических единиц в лингвистике, а также кодирующих биополимеров - ДНК, РНК, белков - в биологии.
       Но действительно ли иудаизм и ислам были изначально лишены зрительных образов? Полагаю, что запрет изображать животных и людей мог быть вторичным. В мире кочующих агрессивных орд, обладавших многообразным холодным оружием, именно знания о слабых местах человеческого тела (о расположении вен, артерий и нервных сплетений) могли становиться «военной тайной», известной посвящённым и просвещённым - врачевателям - и оберегавшейся от агрессоров. Когда христианство «вышло из подполья» и стало не только духовным учением, но и политическим аппаратом, именно анатомические свитки - «книжки с картинками» - могли быть восприняты как наиболее «сатанинские» и объявлены языческими, а впоследствии - первыми погибнуть при различных аутодафе, в частности - на кострах инквизиции. На краях ареала мусульманства - в регионах персидской книжной миниатюры, на границах Китая - людей и животных изображали неоднократно даже в рамках исламской традиции (Talbot Rice, 1975). В ареале ислама на почве тайных искусств и наук своеобразно развивались и литеральные логические операции, сходные с каббалистическими. Так, в 14 веке на территории современного Азербайджана, вне придворных наук и искусств, развивалось тайное учение хуруфизм, сочетавшее поэтику (рифмологию), математику, астрологию и физиогномику. Внешне схемы хуруфитов весьма напоминают современные формы представления данных (в частности, в генетике). В мистико-философском контексте хуруфиты анализировали генезис арабских букв и их сочетаний, а также составляли из них рисунки лиц (Эльбрус, 1979).
       Новое сочетание форм и текстов в методологии науки - это зарождение генетики. Восприняв наследуемые признаки как дискретные абстрактные сущности и доказав правомерность такого подхода, Г.Мендель - просвещённый монах, получивший и естественнонаучное и математическое образование в Венском университете - опирался на близкую ему схоластическую традицию, в основе своей литеральную, - не менее, а то и более, чем на картезианские представления о живых организмах как об аналогах механизмов, типичные для его современников-биологов. А позже - за несколько десятилетий до повторного открытия и признания законов Менделя и затем последовавшего открытия сцепления генов в хромосомах - А.Вейсман рисовал детерминанты таких признаков соединёнными в линейные кодирующие структуры, маркированные цепочками букв (Гайсинович, 1988). Вообще - в истории генетики, как правило, логическое предвидение объектов предшествовало их экспериментальному выявлению (там же, с.359). Поэтому в когнитивном творчестве генетиков есть своеобразный мистический «колорит».

       Новый синтез текстов и форм в понимании живого -
       современная биология.

       В нашем веке объектами для анализа функций и признаками для систематики организмов, наряду с формами, стали биогенные знаки и состоящие из них тексты: в начале века - «иероглифы» (низкомолекулярные соединения, в частности - флавины и гормоны растений), а затем - и биологические «тексты»: с начала 1960-х гг. - полипептидные, а с 1970-х гг. - и нуклеиново-кислотные.
       Сейчас прочитаны (секвенированы) миллионы нуклеотидов - сотни тысяч фрагментов из геномов тысяч видов организмов - представителей самых различных таксономических групп. Полностью прочитаны геномы организмов десятков видов; среди их -несколько десятков представителей самых различных групп прокариот, самые простые эукариоты - дрожжи (Clayton et al., 1997), а также круглый червь Coenorhabditis elegans, дрозофила и крестоцветное растение Arabidopsis thaliana. Геномные программы, включая “Геном человека», интенсивно развиваеются. Пополнение этого генного «лексикона» сопровождается исследованиями азов генетических «грамматики» и «синтаксиса». Во многих участках ДНК выявлены рефрены - «темы с вариациями», ритмические и смысловые повторы, напоминающие омонимы, поэтические рифмы и музыкальные темы (что нашло своё отражение и в профессиональной лексике молекулярных генетиков).
       Чаще всего сходства текстов изоморфны сходствам их смыслов - биологических структур и функций. Уже известно несколько десятков «частей речи» - типов функций фрагментов - общих для всех организмов. Ища сходства по соответствующим банкам данных, выявляют гомологии - как тривиальные (например более или менее сходны все глобины животных), так и нетривиальные - позволяющие прогнозировать биологические функции вновь прочитанных участков ДНК с помощью уже изученных. Например, предки грибов и животных разделились в эволюции миллиарды лет назад, однако у дрожжей есть ген, текст которого на 94% сходен с текстом онкогена src человека. Оказалось, что эти гены выполняют сходные функции - запускают быстрое деление клеток ( составляющих популяцию - у дрожжей, стволовых - в раннем эмбриогенезе человека). Выявлены многие важнейшие последовательности: инварианты-консенсусы промоторов, экзон-интронных границ, а также функциональных участков, общих для всех хромосом: репликаторов (ARS), центромер (CEN) и теломер (TEL). Из таких элементов дрожжей собраны искусственные хромосомы (YACs), служащие векторами для генов эукариот (Murray, Szostak, 1986) и иногда способные передаваться потомкам вместе с обычными хромосомами. Создан аналогичный вектор на основе хромосомы мыши (MAC) и создаётся - на основе У-хромосомы человека (HAC). Некоторые блоки из генов различных организмов - конструкты - методами генной инженерии удаётся не только направленно создавать, но иногда и осуществлять трансгеноз: вводить их в заданные места хромосом дрожжей, дрозофил и мышей - так, что они передаются потомству. Интенсивно изучаются гены, ответственные за ключевые этапы морфогенеза (в частности, за полярность и сегментацию тел животных и растений) (см. Гилберт, 1994), за онкогенез, старение...
       Однако в целом природа взаимодействий между двумя видами биологической информации - символьными (литеральными) и аналоговыми - иными словами, между текстами и формами в живом - остаётся загадочной. Ещё не ясно, как же многообразие живых форм - трёхмерное или четырёхмерное, если и время считать координатой, - закодировано в этих одномерных текстах: как работают генные «карты» и «счётчики» пространства (например - есть ген-“счётчик”, в норме определяющий, что пальцев на конечности должно быть пять) и времени (например, есть ген человека, мутация которого вызывает преждевременное старение - прогерию). Люди сами придумали, как кодировать в программах компьютеров временные и пространственные координаты сложных динамических объектов. А как это реализовано природой в генетических программах живых организмов, пока не выяснено.
       Изоморфизмы между множествами генетических текстов и множествами форм организмов всё более служат для выяснения отношений родства между разнообразными живыми существами - во всех масштабах, от генетики семей до общего древа эволюции жизни на Земле (Седов, 1994). Это тоже информация живых систем - выявляемая путём сравнений двух названных выше видов биологических кодов.
       То, что живое имеет дуалистическую организацию - в виде форм и в виде текстов - выяснили лишь в 20 веке. Однако, как мы видим, различным культурным традициям были свойственны как изобразительные, так и литеральные интерпретации свойств живых организмов - задолго до возникновения генетики и молекулярной биологии и даже задолго до становления наук в современном понимании. Сочетаясь, конкурируя и взаимодействуя друг с другом, эти формы представления были, есть и будут взаимно дополнительными. Эта ситуация напоминает известный физический дуализм: как квантовые, так и волновые представления необходимы физикам для понимания микромира.
       Понимание того, как и какие богатства форм и процессов закодированы в разнообразных геномах и генофондах миллионов видов живых существ, населяющих нашу планету, - это важнейшая компонента такого сознания, которое можно считать истинно экологическим. Надеемся, что этот текст послужит стимулом для такого синтеза точных, естественных и гуманитарных знаний, который позволит ещё глубже понимать, анализировать, сравнивать и прогнозировать информационные феномены жизни и культуры, а при острой необходимости - и управлять некоторыми из них.

       ЛИТЕРАТУРА

Антонов А.С. Эволюция генов растений: вызов теории
       «молекулярных часов». //Природа, 1986. No7. С.68-77.
Бабур З.М. Бабур-наме. Записки Бабура. Пер. М.Селье. Ташкент,
       Изд-во АН УзССР, 1958. 529 с., 13 л.илл., карт..
Беклемишев В.Н. Основы сравнительной анатомии
       беспозвоночных. Т.1. Проморфология. Москва, «Наука», 1964.
       429 с..
Большая Советская Энциклопедия. Москва, «Советская
       Энциклопедия», 1976. Статья «Текст» (Т.25. С.364).
Гайсинович А.Е. Зарождение и развитие генетики. Москва,
       «Наука», 1988. 422 с.. С.169-172.
Гилберт С. Биология развития. (В 3 томах). Пер. с англ. Москва,
       «Мир», 1993-1995.
Житие Антония Сийского. Репродукции миниатюр.
Завадская Е.В. Ци Бай-Ши. Приложение (Китайские художники о
       тайне живописи), Иллюстрации в тексте. Москва, «Искусство»,
       1982. С.235-287.
Иванов В.В. Чёт и нечет. Асимметрия мозга и знаковых систем.
       Москва, «Советское радио», 1978. 175 с..
Маргелис Л. Роль симбиоза в эволюции клетки. Москва, «Мир»,
       1983. 347 с..
Мифы народов мира. Москва, «Советская Энциклопедия». Т.1:
1987. 681 с.. Т.2:1988. 719с..
Плавильщиков Н.Н. Очерки по истории зоологии. Москва, Гос. уч.-
       пед. Изд-во Наркомпроса РСФСР, 1941. 295 с..
Седов А.Е. История геносистематики и её применения в
       филогенетике. Диссертация (докт. биол .наук.). Москва, ИИЕТ
       РАН, 1994. 501 с., табл., илл..
Хесин Р.Б. Непостоянство генома. Москва, «Наука», 1984. 472 с.
       С.363-379.
Шаталкин А.И. Биологическая систематика. Москва, Изд-во МГУ,
       1988. 183 с..
Эльбрус А. Поэтика и математика. (Хуруфизм в средневековой
       восточной поэзии и его математическое раскрытие). Баку, Изд-во
       «Элм», 1979. 187 с.
Clayton R.A., White O., Ketchun K., Venter J.C. The first genome of the
       third domain of life. // Nature, 1997. V.387. P.459-462.
Hoffmeyer J. Signs of meaning in the Universe. Indiana University Press, 1996.
Leroi-Gourhan A. Les religions de la prehistoire (Paleolithique). Paris.
       1964.
Murray A.W., Szostak J.W. Construction and behavior of circularly
       permuted and telocentric chromosomes in Saccharomyces cerevisiae.//
       Mol .Cell Biol., 1986. V.6. No 9. P. 3166-3172.
Stevens P.F. Metaphors and typology in the development of botanical
       systematics in 1690-1960, or the art of putting new wine in old bottles.
       //Taxon, 1984. V.33. No2. P.169-211.
Talbot Rice D. Islamic art. London, Thames and Hudson, 1975. 288 p.,
       ill..

Глава 2. Разнообразие форм представления данных в биологии.

Среди множества определений информации, иллюстрирующих многозначность этого понятия, есть два следующих:
“Информация - это обозначение содержания, полученного из внешнего мира в процессе нашего приспособления к нему и приспособления к нему наших чувств” (Винер, 1958 - см. Чернавский, 2004, с.7). “Информация означает порядок, коммуникация есть создание порядка из беспорядка или по крайней мере увеличение степени той упорядоченности, которая существовала до получения сообщения” (Hutten, 1967 - см. там же).
Выражение “биологическая информация” неоднозначно: оно подразумевает как информацию, объективно содержащуюся в биологических системах, так и многочисленные формы её отображения, которые используются людьми для хранения и передачи знаний о живом - в соответствии с приведенными выше определениями информации. В этом разделе речь идёт именно о втором смысле этого выражения. В исторических рамках рациональной науки Нового и Новейшего времени - в течение последних столетий - носителями этой информации являются издания на бумаге, а в последние десятилетия - и записи на магнитных носителях информации в компьютерах. Вопрос о том, какие из способов хранения человечеством информации о живом и в какой мере могут быть сходными с той информацией, которая объективно содержится в живом, - отдельная большая проблема, которую мы лишь частично затронули в предыдущем разделе, упомянув представления Ж.Лежена об изоморфизме концептуальных образов реальным структурам мозга.
Этот раздел содержит постановку задачи для историков как биологии, так и науки в целом - на взгляд автора, чрезвычайно интересной. Она, однако, требует как огромных информационных ресурсов (как минимум многих лучших библиотек), так и огромных временных затрат: Даже для осуществления одних лишь датировок возникновения тех форм представления биологических данных, которые перечислены ниже, потребовалось бы просмотреть весь колоссальный массив литературы разных веков по всем разделам биологии. Поэтому в приводимой ниже классификации этих форм представления данных даты их зарождения приведены лишь частично: в основном автор стремился построить как можно более полную их классификацию. Обнаружить в литературе подобные классификации автору не удалось. Результатом использования предлагаемой ниже классификации форм представления информации о биологических системах может стать большой цикл работ по анализу и осмыслению множества научных фактов и документов, по исследованию времён зарождения и развития тех или иных конкретных форм и их взаимодействий.
Разумеется, предлагаемая здесь классификация может оказаться неполной, да и не бесспорной, - как и любой первый исследовательский шаг. Автору, однако, он представляется крайне необходимым.
В биологических системах сочетаются сетевые и иерархические принципы функциональной организации. Иерархические аспекты организации систем необходимо учитывать при анализе х информационных явлений в них (см., например, Чернавский, 2004, с. 20-22). Конечно, сочетания сетей и иерархий характерны и для социальных систем (включая административные структуры), и для культурных ландшафтов, и для письменных текстов. Однако все эти системы созданы людьми - живыми существами - и потому их можно рассматривать как производные биологических иерархий. Биологическими текстами и их продуктами, в структурной организации и функционировании которых сочетаются сетевые и иерархические подсистемы, оперируют современная генетика и биохимия, особенно геномика и протеомика. (Эти два термина - не изобретение автора этих строк, а рабочие термины современных биологов. “Геномика - новое направление генетики, изучающее геном, индивидуальные гены на молекулярном уровне, структуру гена, его экспрессию и механизмы регуляции активности, а также клонирование гена и использование его в генно-инженерных целях.” (см. Русско-англо-украинский толковый словарь по прикладной генетике. Киев, КВIЦ, 2001, с.104). Протеомика - ещё более новый термин; так называется направление науки, изучающее функциональную совокупность продуктов генома - белков, а также различные отдельные белки в этом целостном контексте.). Поэтому чтобы попытаться понять сущность конкретных живых систем, необходимо анализировать именно их иерархические и сетевые структуры и взаимодействия.
В 1948 году Клод Шеннон предложил меру для измерения количеств информации в текстах и прочих информационных массивах, используемых в технике связи. Количество информации по Шеннону равно взятой со знаком “минус” сумме произведений вероятностей каждого из элементов массива (например, буквы) на их же собственные двоичные логарифмы. Единица измерения количества этой информации - 1 бит. Эта величина получается по названной формуле при выборе одного варианта из двух равновероятных.
 Заметим, что именно в ситуациях с сетями и иерархиями проявляется непригодность этой меры для того, чтобы однозначно характеризовать системы - в частности, чтобы измерять и вычислять степени их сложности. Так, (1) не конгруэнтные (не изоморфные) графы и, в частности, древа могут оказаться равновеликими по количеству бит информации. И, напротив, (2) количество бит может зависеть от способа вычисления, т.е. от того, как именно производится разбиение сети или иерархии на элементарные блоки, вероятности и/или частоты которых служат для вычислений информации в ней. И, кроме того, (3) одно и то же количество бит может соответствовать ситуациям, имеющим совершенно разные значимости и смыслы для системы.
Поясним эти три утверждения простейшими примерами. Будем исходить из того, что “информация есть запомненный выбор одного варианта из нескольких возможных и равноправных” (это определение, данное Г.Кастлером, наиболее операционально в контексте современной динамической теории информации - см. Чернавский, 2004, с.13-14). По поводу утверждения (1) рассмотрим два случая - условные отображения двух простейших “сценариев” выбора, которым могут соответствовать различные конкретные биологические события: реализация этапа эволюции, выбор клеткой пути дифференцировки в онтогенезе, обучение нейронной или нейроподобной сети, варианты экологических событий и т.п.. В первом случае из точки А, соответствующей исходному состоянию системы, идут 4 ветви к точкам B, C, D, E - “равноправным”, т.е. имеющим равные вероятности - по ; каждая. Во втором случае из точки А идут 2 ветви B и С, имеющие равные вероятности - по ;; ветвь В тоже раздваивается - на ветви D и E, тоже имеющие равные вероятности по ; каждая. Тогда вычисленная по формуле Шеннона информация в первом случае для любого из вариантов (“сценариев”) переходов - АВ, АС, AD или АЕ - равна 2 битам. Во втором случае для варианта АС она равна 1 биту, а для вариантов АBD и ABE - тоже по 2 бита. Между тем, любой из четырёх вариантов первого случая осуществляется за 1 шаг системы и потому эти события имеют иную структуру, чем два последних, 2-шаговых, варианта второго случая. Все биологические системы и их блоки (элементы) являются открытыми, и в двух рассматриваемых случаях одни и те же внешние воздействия по-разному могут влиять ни исходы информационных событий (варианты выбора), имеющие одни и те же количества бит. По поводу утверждения (2) уместно вспомнить пример, предложенный М.В.Волькенштейном (подробнее об этом в контексте его представлений о биологической информации - см. в разделе 2.3.): один и тот же мозг животного в восприятии мясника содержит гораздо меньше бит информации, чем восприятии нейробиолога - количество информации рассматриваемой системы (в том числе и вычисляемое в битах) зависит от информационной компетентности той системы, которая принимает эту информацию. Проблема, обозначенная в утверждении (3), постоянно обсуждается в литературе по теории информации, включая научно-популярную; например - по 1 биту информации при равновероятных исходах имеют события разной значимости - например, в парах “жив или умер” и “моргнул или не моргнул”. Здесь мы касаемся общей проблемы ценности информации, более подробно рассмотренной на разнообразных биологических примерах во многих следующих разделах этой книги.
       Мы видим, что специфика информационных процессов той или иной биологической системы зависит от того, как конкретно она устроена, а не от интегральной меры количества информации в ней или в её частях. При этом необходимо иметь в виду, что в биосистемах сочетаются три типа взаимодействующих и далеко не всегда изоморфных иерархий:
- структурной (физической в широком смысле этого слова),
- функционально-регуляционной (мы можем назвать её
       кибернетической),
- и классификационной (в разных смыслах, включая
       таксономичесчкие и филогенетические; её мы можем назвать
       тезаурусно-семантической).
Подробнее эти типы иерархий и связанные с ними проблемы рассматриваются в разделе 3.1.: в нём обсуждаются не только конкретные нетривиальные биологические примеры, но и аналогии между конкретными событиями в биосистемах разных уровней. Здесь же - лишь отметим, что:
1. Далеко не всегда функциональные и/или смысловые роли различных равномощных узлов графов и различных уровней аддитивны, а их соотношения равнозначны и постоянны. (Примеры приведены в разделе 3.1.). Это ещё одна проблема, “камень преткновения” классической теории информации, созданной К.Шенноном и развивавшейся в течение последующих десятилетий - проблема семантического веса, или ценности, элемента в контексте той или иной системы. Даже те аналитические выражения, которые предложены в самое последнее время для разных видов ценности информации, пока не используются в вычислениях на конкретных биологических примерах (см., например, Чернавский, 2004).
 2. В каждом из этих типов иерархий есть своя информационная специфика. Одна группа проблем состоит в том, как вычислять информацию для физически существующих объектов и их преобразований (эволюционных, онтогенетических и т.п.); другая - как это делать для прочих совокупностей биологических функций и событий; третья - вопрос о целесообразности информационных мер в различных аспектах биологической классификации (эволюционном, таксономическом, тезаурусном и т.п.).
Всё это показывает, что целесообразная задача - рассмотреть все биологические дисциплины в соответствии с теми структурными иерархиями, которые составляют их объекты. Это позволило нам выделить два параллельных ряда - дисциплины “цейтраферного” (темпорально-динамического) и “коллекционного” (сравнительно-статического) типов. Они покрывают все структурные уровни биосистем, образуя взаимно-дополнительные пары для каждого из этих уровней, а также для их сочетаний. Эту параллельную пару шкал автор предложил в качестве одного из выводов своей диссертации, в 1994 году защищённой на соискание учёных степеней кандидата, а затем и доктора биологических наук, где она представлена в виде таблицы, представленной ниже. Левая колонка таблицы отображает структурную иерархию всех объектов биологии. Две других колонки - центральная и правая - содержат два взаимно дополнительных ряда названий соответствующих биологических дисциплин, различающихся способами анализа информации в биологических объектах: в центральном столбце (названном “Функциональная морфология”) в каждом цикле исследований смена временных состояний одного объекта предшествует смене объектов, в правом (названном “Систематика”) - напротив, следует за ней.








 ИЕРАРХИЧЕСКАЯ СИСТЕМА БИОЛОГИЧЕСКИХ НАУК.
       . Характер
       . сравнительного
       . анализа
       Уровни .
 биологичес- .
       .
       кой .
       организации .
ФУНКЦИОНАЛЬНАЯ МОРФОЛОГИЯ: СНАЧАЛА -ВРЕМЕННЫ’Е СРАВНЕНИЯ ОДНОГО ОБЪЕКТА (АНАЛИЗ ПРОЦЕССА), ЗАТЕМ - СМЕНА ОБЪЕКТОВ. СИСТЕМАТИКА: СНАЧАЛА - СРАВНЕНИЯ НЕСКОЛЬКИХ РАЗНЫХ ОБЪЕКТОВ В СТАТИКЕ, ЗАТЕМ - СМЕНА МОМЕНТОВ СРАВНЕНИЯ.
БИОСФЕРА БИОЦЕНОЗЫ, ЭКОСИСТЕМЫ Глобальный монито- ринг биосферы. Локальный монито-ринг динамики локальных экосистем и популяций. Изучение коэволюции - в них самих и их как целого на фоне биоценозов.
Сравнительная биогеография сообществ и составляющих их фаун и флор.

Сравнительный анализ разных сообществ живых организмов.
ОРГАНИЗМЫ, ОРГАНЫ Морфофизиология того или иного организма или систе- матической группы. Сравнительная морфология. Морфофилогенетика. Поиски жизни вне Земли. Биогеография. Сравнения структур различных биоцено-зов и более простых экосистем. Сравнительные генетика и экология природных популя-ций. Сравнительная анатомия. Морфосистематика. Палеонтология.
ТКАНИ, КЛЕТКИ, ОРГАНЕЛЛЫ, МАКРОМОЛЕКУ-ЛЯРНЫЕ КОМПЛЕКСЫ Функциональная гистология. Функциональная цитология. Функциональная биохимия. Сравнительная гистология. Сравнительная цитология. Сравнительная биохимия.
Сравнительная
гистология.
Сравнительная
цитология.
Сравнительная
биохимия.
КОДИРУЮЩИЕ ЛИНЕЙНЫЕ СТРУКТУРЫ - ХРОМОСОМЫ И БИОПОЛИМЕРЫ: ДНК, РНК, БЕЛКИ.
Функциональная цитогенетика Функциональная морфология нуклеиновых кислот = молекулярная генетика. Функциональная энзимология, изучение структурных белков и т.п. Сравнительная морфология хромосом. Кариосистематика различных видов: banding, синтения локусов. ДНК-РНК-систематика организмов. Внутригеномная систематика генов. Систематика по аминокислотным последовательностям.
НИЗКОМОЛЕКУ-ЛЯРНЫЕ БИОГЕННЫЕ СОЕДИНЕНИЯ Изучение метаболических путей. Хемосистематика.

Историческая последовательность “заполнения уровней” этой таблицы, т.е. формирования названных в ней наук, широко известна: от организмов, ряд которых описал ещё Аристотель - к органам (с возникновением анатомии человека и зоотомии в начале Нового Времени) и далее - вниз по таблице. Самый нижний уровень таблицы начал заполняться с конца ХIХ - начала ХХ веков; предыдущий, более высокий уровень, кодирующие линейные структуры - несколько позже: самые крупные из них - хромосомы - стали объектом функционального изучения ещё с 1910-х гг., с работ школы Т.Г.Моргана; визуализация их структурно-функциональных связей началась с 1920-х гг., с началом взаимодействий цитогенетики с гибридологическим анализом (в работах по картированию генов на политенных хромосомах дрозофилы). Организацию конкретных линейных структур в кодирующих макромолекулах начали анализировать с середины ХХ в., массовое чтение структур ДНК - с 1977 г.. Верхние, надорганизменные, уровни таблицы в аспекте сравнительной биогеографии (правая верхняя ячейка) начали заполняться с описаний флор и фаун с Эпохи великих географических открытий, однако зарождение экологических аспектов анализа (центральная верхняя ячейка) датируется позже - началом ХХ в..
К сказанному выше следует теперь добавить новые многоуровневые дисциплины - геномику и протеомику, возникшие за последние годы и охватывающие соответствующие совокупности линейных кодирующих макромолекул, образуемых и кодируемых ими структур, а, главное, - их функциональных сетей в живых клетках и организмах. Задачи и объекты этих двух дисциплин охватывают несколько уровней (от организмов до “малых” молекул); поэтому они распределяются по 4 нижним блокам приведенной выше таблицы и распределяются в центральный или в правый столбец - в зависимости от того, функциональные или сравнительные аспекты их объектов изучаются.
Есть ещё немного биологических дисциплин, для каждой из которых характерен не определённый диапазон структурных уровней, а определённый методологический ракурс, “сумма технологий”, охватывающая разные структурные уровни живого. Примеры - биофизика и математическое моделирование биосистем.
       Понятия, концепции и проблемы различных уровней и различных биологических дисциплин требуют разнообразнейших форм представления данных и их комбинаций. Автор полагает, что в биологии это разнообразие - значительно больше, чем в какой-либо другой науке. Среди этих форм есть как лексические (номены, термины, описания, утверждения, отрицания, вопросы), так и многочисленные невербальные.
Рассмотрим, какими же формами представления данных оперируют биологи - сколь многолика биологическая информация, если это словосочетание понимать в значении “информация о биологических объектах”.
1. Изображения биологических форм (биоморф) - рисунки, схемы, фотографии препаратов и целых объектов, фильмы, биоценотические карты. Нередко в них необходимую информацию несут цвета:
а) природные;
б) маркирующие ту или иную структуру или функцию в результате экспериментов (см. ниже, 1.4.-1.5.);
в) условные (например, на картах и схемах).
Рассмотрим и классифицируем примеры оперирования зрительными образами в биологии.
1.1. Изображения сравниваемых нативных биологических форм.
Как было показано в разделе 1.1., такие приёмы зародились задолго до формирования биологии как рациональной науки: они присутствуют уже в неолитических фресках. В истории биологии как рациональной науки способы изображения реальных биологических объектов развивались по мере развития как наблюдений (открытия новых видов животных и растений, а затем и микроорганизмов), так и методических и экспериментальных приёмов: изобретения и усовершенствования микроскопа и техник микроскопирования, методов гистохимии, фотографирования, киносъёмок.. До сих пор такие изображения - важнейшая черта “классических” разделов биологии, но иногда они используются и в самых методически современных исследованиях.
1.2. Изображения умственных реконструкций - инвариантов, в частности архетипов, - для задач систематики, эволюционных и
       сравнительно-эмбриологических построений. (С зарождением и
       развитием соответствующих дисциплин).
       1.3. Создание изображений, моделирующих анизотропные морфологические преобразования объектов в онтогенезе и/или в филогенезе (Примеры с организмами и органами в филогенезе - работы В.Д’Арси Томпсона, 1917 - см. Чайковский, 2004, с.219-220);
       1.4. Визуальный анализ субгеномных, цитологических и гистологических объектов в сочетаниях с их мечением природными же микрообъектами-зондами - биогенными молекулами - посредством того или иного метода их специфического связывания (структурного или функционального) в соответствующих частях препарата. Эти подходы развиваются лишь с конца 1960-х гг. благодаря сочетанному развитию методов микроскопии и молекулярной биологии.
       1.4.1. Локализация отдельных фракций или фрагментов ДНК или РНК, меченных радиоактивными изотопами или флуоресцентными красителями, на цитологических и гистологических препаратах (хромосом, клеток, тканей, эмбрионов) - базирующийся на комплементарном связывании ДНК/ДНК или ДНК/РНК так называемый метод молекулярной гибридизации in situ. (Зарождение метода - см. Gall, Pardue, 1969).
       1.4.2. Иммунологические (иммунофлуоресцентные или радиоиммунологические) исследования клеток и тканей на препаратах и чашках Петри. (В последние десятилетия).
       1.5. Фотографии и киносъёмки целых живых животных или растений, меченных витальными биогенными красителями - зондами (маркерами) определяемых биологических функций. Примеры - анализ экспрессии различных генов в клетках и организмах с помощью пришитых к этим генам фрагментов тех генов, белки которых флуоресцируют. (В последние годы).
1.6. Изображения реальных объектов, несколько изменённых посредством различных приёмов когнитивной графики. Так, строят иллюстративные системы из элементов, изображающих природные объекты: непрозрачные тела изображают прозрачными, чтобы показать те или иные элементы внутри них (например, те или иные системы органов внутри тела живого человека), различными цветами или текстурами обозначают различные части объектов, совмещают разные масштабы изображения (в виде “вырезок” с увеличением фрагментов на фоне целого объекта или рядом с ним) и т.п.. К этой группе изобразительных приёмов можно отнести и географо-биоценотические карты с изображениями животных и растений на них. Первые примеры таких приёмов - неолитические фрески с изображениями стоящих животных со стрелами и копьями внутри них. Описание истории всех этих приёмов затруднительно: оно требует огромного исследования всех иллюстративных биологических материалов многих веков. С развитием современной компьютерной графики за последние два десятилетия эти приёмы стремительно развиваются и становятся всё многообразнее; включают они и анимации.

2. Символы.
2.1. Обозначения генных аллелей (Начиная с классической работы Г.Менделя “Опыты над растительными гибридами” 1866 г.).
2.2. Компоненты терминов. (Например, А- , В- и Z- формы ДНК - в последние десятилетия.).
2.3. Символьные компоненты форм представления данных, относящихся к типам 3., 4. (См. ниже).
3. Формулы. Здесь уместно вспомнить историю математизации биологии: статистические законы расщепления несцепленных наследственных признаков, открытые Г.Менделем (см. выше), линейное картирование кроссоверов, разработанное Т.Г.Морганом и его школой начиная с 1910-х гг., биометрию Ф.Гальтона и К.Пирсона тех же лет, модели “хищник-жертва” А.Лотки - В.Вольтерра, микроэволюционные модели Р.Фишера, Дж.Холдейна и С.Райта. Таким образом, формирование традиции использования математических формул в биологии можно датировать концом ХIХ - первой третью ХХ вв..
3.1. Сюда относятся формулы sensu stricto - из неисчислимого множества современных математических моделей биологических процессов - биоценотических, популяционных, биофизических и т.д.. Сюда относятся и формулы, входящие в алгоритмы сравнительного и функционального анализа генетических текстов ДНК и их производных - молекул РНК и белков, а также комплексов, образуемых этими молекулами и их сочетаниями in vivo, in vitro и in virtuo. (In virtuo - это неологизм, предлагаемый здесь автором. Он представляется более точным и лексически удачным, чем изредка употребляемый для виртуальных объектов термин “in silica”.).
       Своеобразие ситуации здесь - в том, что если в первую половину 20 века биология активно ассимилировала все полезные ей математические идеи, то за последние полвека союз биологии и математики стал и становится всё более симметричным, - если пользоваться метафорой симбиоза, всё более мутуалистичным. Это выражается в том, что с 1960-х гг. и по сей день ряд теоретических разделов математики возникал и развивался именно на базе как “биоподобных”, так и конкретных биологических задач разных уровней - от имитационных математических моделей в экологии и генетике популяций до сравнительного и функционального анализа полинуклеотидных (ДНК, РНК) и полипептидных (белковых) биологических текстов. Один из крупнейших специалистов по математическим методам анализа этих макромолекул, Дж.Фельзенштейн, привёл мнения ряда своих коллег, согласно которым ряд теоретических разделов дискретной (= конечной) математики просто не был бы создан и не развивался бы, если бы не появились биологические задачи этого класса - сравнения информационных макромолекул (Felsenstein, 1988) как литеральных объектов (см. ниже - п.4.). При этом биологи являются как поставщиками и постановщиками задач “на входе” - для создания формул их математического анализа и соответствующих компьютерных алгоритмов, так и экспертами правдивости и эффективности математически получаемых выводов “на выходе” из каждого такого исследовательского цикла. Эта экспертиза может включать как наблюдения (например, знания систематики и филогении тех живых объектов, макромолекулы которых сравнивают), так и эксперименты - генно-инженерные тесты на экспрессию изучаемых макромолекул в гетерологичных системах - в клетках и организмах других сравниваемых живых существ.
 Однако в биологии используются и другие, специфические для неё формулы sensu lato.
3.2. В биохимии - многочисленные и многообразные структурные формулы вместе с метаболическими связями между ними. (Применяются с XIX в.).
3.3. В морфологии (датировки затруднительны):
3.3.1. в ботанике - формулы цветков, формулы листорасположения;
3.3.2. в зоологии - формулы сегментации животных.
4. Литеральные объекты, или символьные переменные (цепочки символов). Строго говоря, сюда попадают и все вербальные формы представления данных - весь “океан” наших разнообразнейших научных текстов.
       Но история литералов - это не только история цепочек букв, а также их “предковых” объектов - петроглифов, иероглифов, узелкового письма кипу (у инков). Это также история и формализованных интерпретаций кодируемых ими смыслов, и формально-логических манипуляций ими - рекомбинаций, разворачивания понятий и т.п.. Здесь имеется в виду путь от древнееврейской традиции, наиболее ярко проявившейся в Каббале (Сефер-Ецир - 2-й в. до Р.Х., основное развитие - с 16 в.), в Хуруфе - учении хуруфитов (14 в., территория нынешнего Азербайджана) (см. выше - в разделе 1.1.). По-видимому, именно эти приёмы и традиции способствовали зарождению представлений о наличии, свободном распределении и комбинировании дискретных сущностей, наследуемых живыми организмами (Г.Мендель, 1866), к идее их линейного сцепления и рекомбинаций путём разрывов и воссоединений в мейозе (А.Вейсман, 1887, 1891) а затем - и к методам рекомбинационного линейного картирования генов в хромосомах (Т.Г.Морган и его школа, 1910-е - 1920-е гг., - см. Музрукова, 2002), к гипотезе конвариантной редупликации генного материала и хромосом (Н.Кольцов, 1926), к двуспиральной модели ДНК (Ф.Крик, Дж.Уотсон,1953) ... (здесь мы опускаем краткий экскурс в историю картирования генов в геномах вирусов и прокариот) и, наконец, - к сравнениям конкретных линейных полинуклеотидных и полипептидных текстов для выясниняя и сравнения их биологических функций и для построения их эволюционных древ. Автор полагает, что модели рекомбинации, репарации и репликации ДНК, транскрипции РНК и трансляции на них белков, были бы невозможны без этих, обычно не обсуждаемых историками науки, традиций работы с абстрактными и конкретными литералами - с их структурами и смыслами. Особенно это касается анализа конкретных биологических литералов в нашу эпоху - начиная с секвенирования (чтения) белков с конца 1960-х гг.), отдельных тРНК, а затем и разнообразных генетических текстов ДНК (их нуклеотидных последовательностей) начиная с 1977 г. - с изобретения универсальных методов секвенирования ДНК. Теперь, когда мы располагаем прочитанными полными геномами десятков прокариот (крайне разнообразных в отношении их биохимических циклов), а также ряда эукариот: дрожжей, растения (Arabidopsis thaliana), нематоды (Coenorhabditis elegans), дрозофилы, амфибии (Xenopus laevis), мыши и “себя любимого” - человека, роль работы с литералами трудно переоценить. В огромных банках данных, в частности в “GenBank” ведущая страна формирования - США) , и в “SwissProt” (основной всемирный банк белков) соответственно, полинуклеотидные и полипептидные последовательности, на самом деле представляющие из себя сложнейшие пространственные структуры, хранятся в свёрнутом виде - в виде литералов, соответственно, 5- буквенного кода нуклеотидов и 20-буквенного - аминокислот. Это - форма “свёртки” богатейших эмпирических знаний в линейные кодирующие структуры, отображающие те “молекулы жизни”, которые присущи всему живому на Земле.
       Здесь следует сказать о том, что информация, содержащаяся в литеральных объектах любой природы, может считываться с них - и в организме, и в компьютере, а также, вероятно, в мозге при чтении - лишь 3 способами.
1). Линейно в одном направлении. В китайских иероглифических текстах это обычно происходит сверху вниз, в семитских языках - справа налево, в большинстве прочих прочих - слева направо (как в нашем языке). Аналогично этому, в ДНК и РНК, если смысл кодируется и интерпретируется последовательно вдоль молекулы, то только направлении от 5’- к 3’- концам, а в белках - только от N- к C- концам.
2). “Аккордами” - сразу распознаются короткие сочетания мономеров в макромолекуле или букв в тексте. В генах так работают промоторно-операторные сайты. Первыми из них были исследованы компоненты двух оперонов: расщепления лактозы (Jacob, Monod, 1963) и биосинтеза триптофана (Yanofski et al., 1963). В геномах найдено немало различных нуклеотидных последовательностей с различными функциями, включаемых или выключаемых “аккордно”.
3). Двунаправленно.
3.1.). В ДНК таковы палиндромные участки: большинство сайтов рестрикции и двунаправленные промоторы. Палиндромы в языке - обильная пища для ума; известны поэтические палиндромы (например, стихотворения В.Гершуни). Рассмотрением и сравнением палиндромов как в генетике, так и в поэзии занимается в последние годы генетик М.Д.Голубовский (Голубовский, 2002).
3.2.). Не палиндромные регуляторы конформации прилежащих участков макромолекулы (например, на ДНК это энхансеры и сайленсеры - участки, соответственно усиливающие или ослабляющие работу генов в обоих направлениях на большом расстоянии; аналогичные им структуры и функции для управления трансляцией белков есть на молекулах мРНК).
В работе (Трифонов, 1997) приведена классификация разнообразных ДНК-кодов; в приведенных в ней данных можно видеть все описанные выше варианты считывания ДНК-кодов.
5. Графы и блок-схемы.
       В «коллекционных» дисциплинах (см. таблицу выше) используют как не ориентированные, так и ориентированные графы. Пример того и другого, служащего общей задаче, можно найти в методах систематики некоторых групп организмов. Это, соответственно, графы нумерических сходств и схемы эволюционных путей, построенные на базе современных представителей описываемой группы.
       В «цейтраферных» дисциплинах, как правило, используют ориентированные графы, так как в отображениях взаимосвязей их объектов незримо присутствует ось времени. Проявления этой оси в живых системах - это ориентированные во времени цепочки процессов, состояний, стадий. В отношении той же систематики, к ним относятся схемы, отображающие системы эволюционных событий - филогенетические древа, или филодендрограммы, или же иные филогенетические графы - например, сеть межгеномных обменов, отображающая эволюцию прокариот (см. ссылки в: Mushegian, Koonin, 1996).
 Примеры ориентированных графов в биохимии - сети метаболических путей, в клеточной биологии и в биологии развития - сети регуляции работы генов, в экологии - сети, образуемые ветвящимися и сходящимися трофическими цепями.
       Значение ориентированных графов в биологии резко возросло со становлением и развитием кибернетической парадигмы, так как рёбрами (стрелками) этих графов отображаются управляющие системы, а кибернетика - это наука об «управлении в животном и машине», о чём свидетельствует уже название самой первой, пионерской работы в этой междисциплинарной области (в оригинале Wiener, 1948, 1-е издание на русском языке - Винер, 1958).
       Ориентированные графы являются оптимальными для отображения схем генной и гормональной регуляции, а также для схем регуляционных нейроэндокринных сетей - на уровне как клетки, так и организма,. Здесь уместно вспомнить оперонную регуляцию генов (F.Jacob, J.Monod, 1961) и “сетевые” модели каскадной регуляции генов эукариот, предлагавшиеся в 1970-е годы. Авторами наиболее известных из них были Р.Бриттен и Э.Дэвидсон, а также наш соотечественник Г.Георгиев.
6. Диаграммы.
Диаграммы бывают столбцовыми, секторными, векторными. Для столбцовых диаграмм есть хорошие физически создаваемые аналоги - результаты разделяющего электрофореза молекул ДНК и РНК. Действительно, длина пробега этих равномерно заряженных биополимеров, приведенных в линейные формы, прямо пропорциональна величине ячеек в используемом геле, силе тока и времени пробега в нём, и обратно пропорциональна длине этих молекул. Таким образом, при унификации названных трёх параметров результат каждого электрофореза ДНК или РНК - это количественная, а часто и препаративная, физически создаваемая перевёрнутая диаграмма длин: горизонтальные “планки” её, располагающиеся на разном расстоянии от старта (начала пробега молекул) - это скопления самих молекул той или иной длины. При этом длины пробегов этих молекул (в миллиметрах и сантиметрах) являются мерами их собственных длин (в нанометрах или в количествах нуклеотидов).
       Излишне здесь писать о более очевидных случаях использования диаграмм - для сравнения количеств разнообразных количественных показателей: величин фракций веществ, количеств съеденной пищи и прочих ресурсов и т.п.. Такие диаграммы - в отличие от примера с электрофорезом, не имеющие изоморфных физических воплощений - наглядны и используются в биологических работах для представлений биосистем разных структурных уровней.
       Секторные диаграммы - тоже весьма распространённый способ наглядного количественного сравнения.
       Векторные диаграммы, или полигоны, напоминают “розы ветров”, применяемые в географии и метеорологии, однако зачастую имеют гораздо больше осей, по которым откладывают величины признаков. Один из примеров - из антропологии - сравнения морфометрических характеристик тел представителей разных этносов.
7. Таблицы и матрицы.
 И те, и другие ещё более употребительны, чем диаграммы.
Следует отметить, что в их ячейках бывают не только тексты, цифры или формулы, но и изображения биоморф (см. выше). Один ряд примеров - это сорта или виды в таблицах гомологических рядов по Н.И.Вавилову. Другие примеры - это мероны и рефренные структуры (по С.В.Мейену) в некоторых эволюционных концепциях (См.Чайковский, 2004,с. 239-240).
8. Графики функций в различных системах координат, включая фазовые (многомерные). Наглядно изобразить на плоскости удается в лучшем случае трёхмерные объекты. Поэтому фазовые ситуации изображают, поочерёдно превращая различные координаты в константы и сравнивая такие 2- или 3-мерные проекции фазовых функций.
9. Карты.
       Эти объекты, столь привычные для географов, в биологии можно рассматривать и как изображения биоморф (1.), и как графы и блок-схемы (5.). Есть разные биологические карты.
9.1. Линейные (1-мерные), иногда при этом ветвящиеся. Точки-элементы на них часто обозначаются буквенными символами (см. выше).
9.1.1. Морфологические (например, схемы сегментации тел различных животных).
       9.1.2. Генетические.
9.1.2.1. Хромосомные.
9.1.2.1.1. Карты метафазных хромосом, полученные посредством их дифференциального окрашивания (C-, G-, R-, F- banding) (С конца 1960-х гг. - с появления соответствующих методов).
9.1.2.1.2. Карты расположения генетических локусов, полученные методами классической генетики, т.е. анализом скрещиваний и количественных расщеплений признаков у потомков, по Г.Менделю - Т.Моргану (С 1910-х гг.)..
9.1.2.1.3. Комплементационные.
9.1.2.1.4. Полученные методами молекулярной гибридизации in situ - карты гомологий с ДНК- или РНК- фрагментами-зондами. (С начала 1970-х гг.).
9.1.2.1.5. Рестрикционные. (С начала 1970-х гг.)
9.1.2.1.6. Семантические - разбивка секвенированных генетических текстов на функционально-семантические области.
9.2. Плоскостные (2-мерные): географические и подобные им - паттерны окрасок, проекций выростов на тело и т.п..
       9.3. Объёмные (3-мерные).
9.3.1. Карты ландшафтов sensu lato и sensu stricto:
9.3.1.1. Природных - биогеографических.
       9.3.1.2. Морфогенетических.
9.3.1.3. Адаптивных: трёхмерные формы отображения
эволюционных стратегий - адаптивные ландшафты
(по С.Райту - начиная с его работ 1921-1932 гг.).
9.3.1.4. Поверхностей организмов - фактур, рельефов и т.п..
10. Множества. (Круги Эйлера, диаграммы Венна). Особенно часто используют их для анализа тех ситуаций, в которых природа использует вероятностное стохастическое перемешивание. Наиболее явный пример - классическая генетика популяций.
       Здесь надо отметить, что в природе весьма распространены нечёткие, или размытые, множества. Примером могут служить изображения пространственных границ популяций с отображениями временной динамики - слияниями и разделениями их частей. Здесь бывает необходимым и аппарат теории нечётких множеств.
 
       Комбинирование различных названных выше форм представления данных - важный компонент мышления биологов. Остановимся лишь на некоторых их примерах.
       1 + 9.2 : встречаются в картах географической изменчивости. Например, в Государственном Дарвиновском Музее есть карта бывшего СССР, на которой размещены наколотые бабочки одного вида; каждая соответствующая цветовая морфа наколота точно на изображение той географической точки, где она была поймана.
2 + 7 (+ 4) : схемы генетического анализа в классической генетике: решётки Пеннета, матрицы комплементаций и гомологий.
3 + 5 : схемы алгоритмов и метаболических путей.
3 + 4 + 5 : алгоритмы анализа секвенированных ДНК, РНК и белков.
(1 + 6 или 1 + 8) + (9.2) : схемы географической изменчивости видов.
2 + 5 (+ 9.1) : модели межгенных взаимодействий.
1 + 2 (иногда и + 5, + 9.3 : схемы морфогенеза.
(1 или 2) + 5 (иногда и + 6, + 8) : в схемах трофической регуляции и трофических связей экосистем.
       Безусловно, рассмотренное множество форм и их сочетаний может оказаться далеко не полным.
       Интересной задачей для будущих историков науки может стать использование материалов этого раздела в качестве основы для более полного анализа (в частности, дальнейших датировок) зарождения и развития всех этих форм представления данных - в разные эпохи, в разных предметных областях биологии, для решения разных проблем. Пологаю, что результаты этих исследований может стать очень обширными - уровня монографий.
       Таким образом, биология располагает огромным опытом иконических приёмов, когнитивной графики, техник коллажирования образов, использования текстов, формул, а также прочих рассмотренных выше приёмов сохранения, обработки, интерпретации и комбинирования разнообразной запечатляемой биологической информации. Систематизация этих приёмов и подходов может быть полезной как для самой биологии, так и для отображения, анализа, прогнозирования и экспериментирования, объектами которых могут стать другие сложные иерархические системы: географические, технические, социальные, экономические, культурологические. Постановка и решение этой задачи представляется особенно актуальной в связи с развитием гипертекстовых компьютерных обучающих средств, включая Интернет-технологии и базы данных.
 


ЛИТЕРАТУРА

Винер Н. Кибернетика, или управление и связь в животном и
       машине. Пер. с англ. М., 1958. (2-е изд. - М., 1968).
Голубовский М.Д. Век генетики: эволюция идей и понятий.
       Санкт-Петербург, Изд-во “Борей Арт”, 2000.
Музрукова Е.Б. Т.Х. Морган и генетика. Научная программа
       Т.Х. Моргана в контексте развития биологии ХХ столетия.
       М., Изд. Дом “Грааль”, 2002.
Трифонов Э.Н. Генетическое содержание последовательностей ДНК определяется суперпозицией
многих кодов. //Молекулярная биология, 1997, Т.31, №4,
       с.759-767.
Чайковский Ю.В. Эволюция. Москва, Центр системных исследований - ИИЕТ РАН, 2004.
Чернавский Д.С. Синергетика и информация. Динамическая теория информации. Москва, УРСС, 2004.
Felsenstein J. Phylogenies from molecular sequences: inherence and reliability.// Annual Review of Genetics, 1988. V.22. P.521-565.
Gall J.G., Pardue M.L. Formation and detection of RNA-DNA hybrid molecules in cytological preparations.//Proc. Nat. Acad. Sci. USA, 1969. V.63. P. 378-383.
Jacob F., Monod J. ( 1961). Genetic regulatory mechanisms in the
       synthesis of proteins. // J. Mol. Biol., 3, 318.
Mushegian A.R., Koonin E.V. A minimal gene set for cellular life
       derived by comparison of complete bacterial genomes. // Proc.
       Nat. Acad. Sci. USA. 1996. Vol.93. P.10268-10273.

Глава 3.

РАЗВИТИЕ ТЕОРИИ ИНФОРМАЦИИ КАК ПОИСКИ МЕЖДИСЦИПЛИНАРНОЙ МЕТОДОЛОГИИ И РОЛЬ ЭТОЙ ТЕОРИИ В БИОЛОГИИ.

 Эта глава посвящена трём темам.
1. Как изменялось понятие “информация” в разные периоды развития биологии и в разных ее контекстах.
 2. Как достижения различных биологических наук обогащали это понятие и как, в свою очередь, результаты других наук расширяли и углубляли содержание понятия “информация” и методы ее количественных оценок и этим способствовали проникновению информационного подхода в биологию.
3. В какой степени информационный подход позволяет решать конкретные биологические задачи и какие проблемы при этом возникают.

О термине “информация”.

 Разные исследователи предлагали как различные словесные определения информации (20 из них - см. Чернавский, 2001, с.6-10), так и её различные количественные меры. Эта многозначность представлений об объективно существующем феномене может считаться нормальным явлением в контексте представлений об особенностях постнеклассической науки (Мелик-Гайказян, 1995, 1997; там же приведены наиболее полные коллекции, содержащие десятки разнообразных словесных определений информации).
Анализ истории термина «информация» позволяет глубже понять некоторые современные аспекты и разночтения его употребления. Изначальный смысл этого латинского слова - «придание формы, свойств». По сведениям из 16-томного Oxford Dictionary’, в XIV веке так называли божественное «программирование» - вложение души и жизни в тело человека. Согласно преданию, в XVI веке в пражском гетто эта прерогатива Бога была усвоена и человеком - рабби Лёвом: он создал глиняного «робота» - Голема, «оживавшего» всякий раз, когда хозяин вкладывал ему под язык «программу» - текст с именем Бога. Примерно в это же время слово «информация» стало означать и передачу знаний с помощью книг. Таким образом, смысл этого слова смещался от понятий «вдохновение» (в исходном смысле этого слова), «оживление», к понятиям «сообщение», «сюжет». Рамками лишь двух последних понятий пытались ограничить развитие информационных концепций те советские философы, которые были противниками общесистемного кибернетического подхода к естественнонаучным и гуманитарным проблемам.
 Сейчас мы говорим, что получаем информацию (сведения), когда узнаем что-либо о событии, результат которого не был предопределен; и чем более ожидаемым - вероятным - является событие, тем меньше информации мы получаем. На таких рациональных представлениях о том, как уменьшается неопределенность при получении тех или иных сведений, и базируются многие научные концепции информации и количественные (вероятностные) меры её оценки.

Начало развития теории информации: исходные события и их ретроспективные оценки.

Первыми работами в этом направлении считают работы Р. Хартли (Hartley, 1928), в которых предложена формула вычисления информации для равновероятных событий и, 20 лет спустя, в 1948 г. - фундаментальные работы К. Шеннона (см. Шеннон, 1963), где эта задача решена для совокупностей событий с различными вероятностями. Информация, вычисляемая по формуле Шеннона, равна сумме произведений вероятностей событий на их двоичные логарифмы, взятой со знаком “минус” (для того, чтобы вся эта величина была положительной, несмотря на то, что двоичные логарифмы вероятностей отрицательны). Нельзя не отметить, что еще в 1933 г. появилась работа нашего соотечественника В.А. Котельникова о квантовании электрических сигналов, содержавшая знаменитую “теорему отсчетов” (Котельников, Николаев, 1950). Тем не менее, - возможно, вследствие большей фундаментальности работы К.Шеннона - в мировой научной литературе считается, что именно 1948 г. – это год зарождения теории информации и количественного подхода к информационным процессам.
Появление этих работ было обусловлено стремительным развитием технических средств связи и необходимостью измерения “объёмов” (количеств) передаваемых сведений. Теория информации возникла в недрах теории связи - как ее аппарат и фундамент. Это отражено уже в названии основополагающей статьи К. Шеннона - «Математическая теория связи». При этом сам Шеннон был против распространения его подхода на другие научные направления: он неоднократно писал о специфике задач связи, о трудностях и ограничениях своей теории.
Однако следующие три десятилетия стали периодом широчайшей экспансии теоретико-информационных представлений - развития как собственно теории информации, так и ее разнообразнейших приложений, благодаря которым сформировалась настоящая общенаучная – философская – информационная парадигма. Вовлеченными в этот процесс оказались и “чистые” математики, и кибернетики, и специалисты по теории систем, и физики, химики, биологи и представители многих гуманитарных наук – лингвисты, психологи, социологи и философы.
Для этого “взрыва” были определенные предпосылки, сформированные развитием физики. Математическое выражение для количества информации, введённое Р.Хартли и обобщённое К.Шенноном, - «копия» знаменитой термодинамической формулы Л. Больцмана для физической энтропии системы. Это «совпадение» представлялось далеко не случайным, а свидетельствовавшим о каких-то глубинных общих свойствах.
Представления термодинамики и статистической физики создатели теории информации стремились расширить до ранга общесистемных моделей. Своеобразным этапом в этом процессе стали работы Л. Бриллюэна (Бриллюэн, 1960), который на основе введенного им «негэнтропийного принципа» связал понятие количества информации с понятием физической энтропии.
Проникновение термодинамических представлений в теоретико-информационные исследования привело к переосмыслению работ классиков термодинамики и статистической физики. В публикациях первых лет развития теории информации упоминаются работы П. Лапласа, Р. Майера, Д.Джоуля, Г. Гельмгольца, С. Карно, Р. Клаузиуса, Дж. Томпсона, Нернста, Дж. Гиббса, Л. Больцмана, Дж. Максвелла и Л. Сцилларда и других физиков. Но вместе с этими именами вернулись и соответствующие проблемы и парадоксы (например, «демон Максвелла»).
Развитие теоретических термодинамических представлений привело, в частности, к выводам о возможности построения статистической - как равновесной, так и неравновесной - термодинамики на базе теории информации (Зубарев, 1971). Впоследствии оно способствовало построению (в том числе и на базе экспериментов) термодинамической теории информационных процессов, в которой были установлены связи между информационными и энергетическими характеристиками (Поплавский, 1981).
В течение полувека количество информации было принято рассматривать как универсальную меру гетерогенности систем, которая позволила бы сравнивать их сложность и многообразие. Эта мера использовалась в термодинамике равновесных процессов (в моделях идеального газа). Очень многие авторы пытались использовать эту меру и в биологии - при анализе смысла генетических текстов, развития организма, работы нервной системы, экологической сукцессии и эволюции. Однако эти попытки трудно признать удачными. Одна из важных причин этого - то, что “рост сложности вообще не противоречит росту энтропии” (Хайтун, 1998, с. 19-20; там же приведено множество ссылок на работы последних 30 лет, доказывающие это); поэтому “энтропия не является мерой беспорядка” (там же, с.22) и, соответственно, информация, понимаемая как негэнтропия, не может служить мерой сложности и порядка. Представления об информации как о негэнтропии критикуются и в других отечественных монографиях последних лет (Мелик-Гайказян, 1997, с.28-34; Чернавский, 2004, С.25-31).
По существу другой, дополнительный подход к понятию информации - подход кибернетический, охватывающий структуры и связи систем. В 1936 году А.Тьюринг и Э.Пост независимо друг от друга разработали концепцию “абстрактной вычислительной машины”. Затем А.Тьюринг описал гипотетический универсальный преобразователь дискретной информации (“машину Тьюринга”). Н. Винер в 1941 году опубликовал свой первый труд об аналогиях между работой математической машины и нервной системы живого организма, а в 1948 году - фундаментальное исследование “Кибернетика, или Управление и связь в животном и машине” (Wiener, 1948). На необходимость двух принципиально различных подходов к построению теории информации указывал в годы зарождения кибернетики Дж. фон Нейман: он отмечал, что вероятностно-статистический и кибернетический подходы необходимы для информационного описания двух разных процессов (систем) – статистических и динамических. Эти представления могли способствовать развитию анализа динамических систем, а затем и зарождению динамической теории информации (см. Чернавский, 2004).
В том же 1948 году, когда были опубликованы упомянутые выше фундаментальные работы К.Шеннона и Н.Винера, Дж. фон Нейман на симпозиуме “Механизмы мозга в поведении” в Калифорнийском технологическом институте прочитал лекцию под названием “Общая и логическая теория автоматов”, в которой предложил кибернетическую модель - блок-схему самовоспроизводящегося автомата. Этот автомат можно рассматривать и как простейшую самовоспроизводящуюся систему, и как простейшую систему, воспроизводящую информацию о самой себе. (Отметим, что эта модель воспроизводит фундаментальное свойство всего живого - размножение; она перекликается с идеями, которые ранее сформулировали генетики: с принципом конвариантной редупликации наследственного материала, который предложил Н.К.Кольцов в 1927 г., а также с представлениями Г.Меллера о живом организме как устройстве, обеспечивающем воспроизведение кодирующих его генетических структур). Тогда же фон Нейман показал, что теоретически возможен универсальный автомат такой степени сложности, при которой он при наличии правильно заданных инструкций может выполнять операцию любого другого механизма. “Иными словами, на определённом этапе эволюции самовоспроизводящихся автоматов для выполнения всё более сложных операций уже исчезает необходимость дальнейшего усложнения структуры этих автоматов. Для этого оказывается достаточным задавать всё более подробные и сложные инструкции. Эволюция автоматов уступает место эволюции информации.” (Нейман, 1960 - см. Корогодин, Корогодина, 2000, с. 76-78);
 Следует отметить, что важную роль в развитии теории информации сыграли математические исследования: работы А.Н. Колмогорова (Колмогоров, 1965) и его школы привели к новым определениям понятия количества информации - не только вероятностному, но и комбинаторному и алгоритмическому. Алгоритмическое количество информации рассматривалось как минимальная длина программы (сложность), позволяющая однозначно преобразовывать одно множество в другое. Эти подходы позволили весьма расширить круг конкретных задач, в частности - вовлечь в некоторые биологические исследования мощь электронно-вычислительной техники.
Понятие информации отнюдь не случайно вызвало большой интерес у представителей быстро развивающихся дисциплин – как общенаучных (общей теории систем, семиотики, синергетики), так и специальных (молекулярной генетики, нейробиологии, теории эволюции, экологии, лингвистики, психологии, теории связи и многих других). Полагали, что теория информации поможет разрешить узловые проблемы гуманитарных, естественных и технических наук. К этой позиции привели кризис механистического мировоззрения, всеобщая тяга к математизации науки, а также понимание того, что гуманитарные и естественные науки все еще не являются точными - в отличие от бурно прогрессировавшей теоретической физики и ее технических приложений. Нужна была новая междисциплинарная методология, на которую возлагались очень большие ожидания.
Биологи воспринимали шенноновскую теорию информации как спасительный маяк, освещавший путь к созданию теоретической биологии – столь же строгой и общезначимой, как теоретическая физика. (См., например, многочисленные высказывания о биологической информации в сборнике “На пути к теоретической биологии. I. ”, 1970: К.Уоддингтон - с.13-18, 24-25, 36, 162, 176-177; Э.Майр - с.49, 52-53, 57; Г.Патти - с. 70-71, 76-79, 82, 88-90; Д.Мичи и Ч.Лонгет-Хиггинс - с.94; К.Уоддингтон и Р.Левонтин - с. 106-107; Л.Вольперт - с.120; Э.Зиман и О. Бьюнеман - с.139; Р.Том - с. 156-158). Эти надежды были вызваны выдающимися достижениями как зарождавшейся кибернетики, так и экспериментально-аналитических исследований сразу в нескольких разделах биологии.

Становление анализа конкретных биологических информационных систем.

Именно полвека назад, в 1948 г., когда были созданы концепции кибернетики и основы математического аппарата общей теории информации, к анализу систем, сходных с модельными объектами этих теорий, но нерукотворных – существующих в организмах миллиарды лет – подошли две различных ветви экспериментальной биологии – генетика и нейрофизиология.
Развитие генетических представлений (начиная с классической работы Г. Менделя (1866 г.) и теории Т. Моргана о локализации генов в хромосомах (1912 г.)), работы Г. Дейла о механизмах передачи электрохимического импульса в нейронах (1929 г.), а также предложенная Л.Берталанфи теория биологических объектов как открытых систем (1932 г.) – эти, казалось бы, разнородные исследования разных биосистем стали предпосылками нового интегративного подхода, оформившегося к середине ХХ века – попыток создать общий теоретико-аналитический аппарат для количественного анализа и сравнений разнообразных материальных носителей биологической информации. В 1947 г. О. Эвери, К. Мак-Леод и М. Мак-Карти доказали роль ДНК в наследственности у бактерий; в 1949 г. Э. Чаргафф определил правила соотношений нуклеотидов в ДНК – основы понимания ее первичной структуры и функций. В 1946-49 гг. Р. Джерард с сотрудниками разработали микроэлектродную технику анализа проведения импульсов в отдельных нейронах. С тех пор информационные макромолекулы (ДНК, РНК, белки) и нейронные пути передачи сигналов рассматривают как аналоги рукотворных объектов, содержащих и передающих информацию – соответственно, кодируемых текстов и каналов связи. Именно кодируемые сообщения и каналы связи - важнейшие компоненты той теории информации, которую создал К.Шеннон.
Биологические системы сразу же стали очень перспективными объектами для кибернетики. С одной стороны, это – физические, материальные объекты, доступные разным методам экспериментальных исследований, воспроизводимые (и даже самовоспроизводящиеся). С другой стороны – управление и информационный обмен являются важнейшими характеристиками поведения этих систем. Появление математических моделей и теорий управления и информационного обмена, общих для биологических и технических систем - а именно так понимал кибернетику Н. Винер - позволяло рассчитывать на математизацию биологии, на построение теоретической биологии по образу и подобию теоретической физики. Тем самым физикализм и редукционизм оказались у самих истоков новой, еще не вполне ясно очерченной научной дисциплины – биофизики. Биологией занялись многие исследователи, получившие фундаментальное физическое или математическое образование и имевшие, как выразился И.М. Гельфанд, «прометеев комплекс» – стремление осветить тайны живого. И действительно, они были энтузиастами, уверенными в неисчерпаемых возможностях применения кибернетических подходов в биологии.
Однако по сей день нельзя утверждать, что такая “тотальная математизация” биологии произошла: на всех структурных уровнях биологических систем математические модели и методы необходимы, но остаются вспомогательными по отношению к анализу конкретных биологических феноменов. Наибольших успехов в этом отношении достигла молекулярная биоинформатика - компьютерный сравнительный и функциональный анализ первичных и пространственных структур ДНК, РНК и белков с целью предсказания их функций и определения отношений эволюционного родства. По словам В.Сойфера (устное сообщение 1998 г.), биология за последние годы стала точной наукой на 80% - в основном именно благодаря развитию анализа информационных макромолекул (ДНК, РНК и белков). Но и здесь, чтобы понять, верно ли то или иное компьютерное решение задачи определения функций этих молекул по их структурам, компьютерные исследования сопровождают проверками в конкретных биосистемах (обычно в генно-инженерных).
Международные конференции и симпозиумы по теории информации регулярно проходили с начала 1950-х гг. в Англии, Италии, США, а впоследствии – и в Германии, Канаде, Чехословакии. Организатором, председателем и редактором материалов некоторых из них – посвящённых применению теории информации в биологии (в 1953 и 1956 гг.) и в психологии (в 1954 г.) – был Г. Кастлер. К середине 1950-х гг. попытки исследовать биологические системы с позиций теории информации охватывали круг разнообразнейших проблем. Это - кодирование белков в ДНК, структурные изменения белков, проводимость нервов и мембран, работа иммунной системы, морфогенез клеточных органелл и модельных систем, разрушение белков и вымирание особей при старении и лучевых поражениях, зрительная перцепция, решение логических задач человеком. (Материалы двух названных выше конференций опубликованы: “Information theory in biology”, 1953; “Теория информации в биологии”, 1960). В 1963 г. объектами теоретико-информационного анализа стали также открытый к тому времени ДНК-белковый код, экологические модели, нейро- и психофизиологические феномены (см. сборник “Концепция информации и биологические системы”, 1966). В 1966 г. состоялся 1-й симпозиум по теоретической биологии, “пронизанный” информационными проблемами и моделями, под руководством известного эмбриолога и генетика К. Уоддингтона; в нём участвовали крупнейшие биологи, а также математики, физики и химики. Затем состоялось ещё 2 таких симпозиума; на русский язык, однако, были переведены лишь материалы первого симпозиума из трёх - в огромной степени благодаря энтузиазму академика Б.Л.Астаурова, ставшего редактором соответствующего русского издания и автором его предисловия (“На пути к теоретической биологии. I. ”, 1970).

Дальнейшее развитие общих информационных представлений.

“Классическая” шенноновская теория информации позволяет измерять информацию текстов и сообщений, исследовать и разрабатывать приемы ее кодирования в передатчике и декодирования в приемнике, измерять пропускную способность канала связи между ними, вычислять уровень шума в канале и минимизировать его воздействия. Развитие кибернетики и теории информации как одного из ее разделов были связаны с представлениями о различных системах как об ориентированных графах - блок-схемах из элементов, соединенных связями; информацию рассматривали как «наполнитель» этих элементов-блоков, «перетекающий» между ними по каналам связи. Полагали, что информация как универсальная мера сложности и гетерогенности любых систем, анализ кодов, каналов связи и шумов, станут компонентами будущей общенаучной методологии – особенно благодаря тому, что многие достижения в различных естественных науках (в значительной степени - в биологических) были получены благодаря созданию и применению точных физико-химических методов исследований с использованием рукотворных информационных систем - ЭВМ. Уже в 1956 г. Г. Кастлер отметил, что “теория Шеннона была с энтузиазмом принята психологами, лингвистами, историками, экономистами, библиотекарями, социологами и биологами, интересующимися самыми различными вопросами” (Кастлер Г. Место теории информации в биологии. В сб. “Теория информации в биологии”, 1960).
Однако тогда же он отметил и принципиальные ограничения этой теории: меры информации зависят от других характеристик систем; они относятся не к элементам, а к их совокупностям; они относительны, а не абсолютны; информационные ёмкости систем не всегда используются полностью. Тем не менее, анализируя совокупность “приложений теории информации в биологии...”, он показал, что «...эти ограничения не столь серьезны, если постоянно помнить о них» (“Теория информации в биологии”, 1960, с.195). Исключительно важно то, что он уже тогда в поисках новых подходов к проблемам биологии обратил внимание на семантическую сторону информации, которую тогда только начинали исследовать в общем виде (Carnap, Bar-Hillel, 1952).
Мера, предложенная Клодом Шенноном для анализа сообщений, передаваемых по каналам связи, стала чрезвычайно популярной среди биологов - из-за простоты ее вычисления, аддитивности по отношению к последовательно поступающим сообщениям и сходства с важной физической величиной – термодинамической энтропией. Однако она отнюдь не могла стать единственной и универсальной мерой количества информации. Именно применительно к биологическим объектам её ограниченность выявилась особенно ярко: вычисления информации как меры убывания энтропии в системе или, пользуясь современным термином, вычисления в биосистемах лишь их «микроинформации» (определение этого понятия приведено ниже), приводили к парадоксам. Так, например, подсчитанное на базе таких оценок количество информации в теле человека оказалось не больше, чем в тех неживых системах, которые состоят примерно из такого же количества структурных элементов (Блюменфельд, 1996).
Однако этот парадокс разрешается благодаря возникновению и развитию динамической теории информации, у истоков которой стояли Г. Хакен и Д.С. Чернавский (Хакен, 1991; Чернавский, 1990). Эта теория формируется на базе нового раздела термодинамики - термодинамики неравновесных процессов, и зародившейся в её недрах синергетики - междисциплинарной области, которую часто определяют как науку о самоорганизации. Термин “синергетика” предложил Г.Хакен в начале 1970-х гг. (см. Хакен, 1980). Зарождение и развитие синергетики обусловлено экспериментальными открытиями и теоретическими интерпретациями того, что открытые термодинамически неравновесные сложные системы могут быть устойчивыми (фиксирующими свои состояния) и способными к самоорганизации - образованию так называемых диссипативных структур (Хакен, 1980, 1991). Это можно интерпретировать и как запоминание такими системами своих новых состояний. Есть такие диссипативные системы, которые могут принимать по несколько устойчивых состояний; это интерпретируется как генерация информации - т.е. создание новой информации (см. ниже).
В этом контексте Д.С.Чернавский критикует представления об информации как о негэнтропии и доказывает, что трактовка информации как негэнтропии - в рамках классической термодинамики равновесных процессов - и соответствующие вычисления применимы только для микроинформации, или связанной информации. Так называется информация, свойственная микрообъектам и являющаяся мерой разнообразия возможных микросостояний системы (пример - молекулы идеального газа в одном из его возможных состояний при термодинамическом равновесии) и не запоминаемая состоящими из них системами, так как “свойством запоминания могут обладать лишь макроскопические системы, состоящие из многих атомов” (Чернавский, 2004, с. 25-31; Чернавский, 1990, с.5). Поскольку “граница между макро- и микрообъектами проходит на уровне макромолекул” (Чернавский, 2004, с.26), биологическим системам, начиная с макромолекулярного структурного уровня, присуща информация иного рода - макроинформация. Она принципиально отличается от микроинформации именно тем, что системы ее запоминают; более точное определение её - “запомненный выбор одного варианта из нескольких возможных и равноправных” (там же, с.13).
Наблюдаемые факты пространственной и временной устойчивости самых разнообразных, в том числе и биологических, динамических структур объяснил с помощью неравновесной термодинамики И. Пригожин. Именно он назвал подобные системы диссипативными (Prigogine, 1969; Гленсдорф, Пригожин, 1973). Надо отметить, что уже в самых первых работах по теории дисcипативных структур эти объекты рассматривались в связи с биологическими явлениями (Prigogine, 1969, 1972; подробный список первых публикаций по этой теории, сделанных Пригожиным и его коллегами - см. сб. “Термодинамика биологических процессов”, 1976, с. 175). По сути, все синергетические направления исследований, включая динамическую теорию информации, базируются на новой парадигме - на новых представлениях о структурной организации сложных систем.
К диссипативным системам, в частности, относятся и те, которые Чернавский определяет как информационные: “Термин “информационная система” будем употреблять по отношению к системе, которая способна 1) воспринимать (рецептировать), 2) запоминать и 3) генерировать макроинформацию.” (там же, с.95). Таковы, в частности, и те биологические системы, которые способны развиваться. Поэтому в последние годы на основе таких новых теоретико-информационных представлений предприняты попытки описания и моделирования общих принципов динамики развивающихся информационных биосистем - при гипотетической предбиологической эволюции - зарождении жизни и возникновении генетической информации (Корогодин, Корогодина, 2000, с. 120-126; Чернавский, 2004, 127-161), а также при онтогенезе, мышлении (Чернавский, 2004, с. 162-208) и эволюции экосистем (Корогодин, Корогодина, 2000, с. 126-142). Возможности этих моделей и представлений, однако, пока ещё далеки от задач анализа конкретных биологических объектов.
 Здесь надо отметить, что уже в 1950-е гг. Г. Кастлер понимал ограничения того подхода к биосистемам, который сейчас называют микроинформационным, статистическим или синтаксическим. Перечислив эти ограничения, он стал вводить в биологию понятие смысла, биологической упорядоченности. Концепция информации в его работах тех лет соответствует современным представлениям как о микроинформации, так и о макроинформации. Именно Г.Кастлеру принадлежит определение информации как «запоминания случайного выбора»: количество информации увеличивается, если система производит изначально случайный, а затем запомненный выбор одного или нескольких осуществленных вариантов из всей совокупности возможных (Кастлер, 1967). Именно на этом представлении базируется современная динамическая теория информации, развиваемая на базе синергетических подходов и моделей. Сохранив рациональное зерно шенноновской концепции, в которой количество информации служит статистической мерой, макроинформационный подход позволил ввести в рассмотрение также и понятие смысла и ценности информации (Чернавский, 2004).
В последние годы теоретико-информационные методы стали распространяться на такие модели диссипативных систем, в которых реализуются гетерогенные структуры и сопряжённые процессы. Именно благодаря этим особенностям такие системы способны «запоминать» свои состояния. Таковы и биологические информационные системы: с точки зрения физики, их специфика выражается, в частности, в кинетической фиксации определенных черт своей структуры, которую можно интерпретировать как запоминание. Это свойство “роднит структуры биологических систем с конструкциями искусственных машин или автоматов и позволяет говорить о выполнении ими определенных функций” (Гросберг, Хохлов, 1989).
В частности, так называемая линейная память полимерной цепи - фиксация звеньев вдоль цепи, определяемая системой энергетических взаимодействий - дала возможность рассматривать именно молекулы биополимеров в качестве первой ступени разнообразия биологических структур (например, - Лившиц, 1968) и предполагать, что именно на этом уровне происходила предбиологическая эволюция. Отметим, однако, что микроинформационный анализ биополимеров на основе лишь их первичных структур оказался не столь эффективным, как предполагалось изначально, так как фактически он относится к модели так называемой “идеальной цепи” и не учитывает эффектов пространственных взаимодействий.
Вернемся к семантической составляющей в концепциях биологической информации - к понятию ценности информации. В чисто теоретико-информационных исследованиях можно выделить два подхода к определению понятия ценной (полезной) информации, т.е. информации, которая помогает достижению цели. Если вероятность достижения цели велика, то ценность информации определяется по критерию минимизации затрат на ее получение (Стратонович, 1965). Если же достижение цели маловероятно, то мерой ценности (полезности) информации может служить некая функция, характеризующая соотношение вероятностей достигнуть цели до и после получения информации (Харкевич, 1960; Бонгард, 1967). Д.С.Чернавский вводит понятия асимптотической, конъюнктурной и прогностической ценности, различающиеся по времени, в течение которого соответствующая информация ценна, и предлагает формулы их вычисления (Чернавский, 2004, с. 111-126), однако при анализе конкретных биологических задач их не использует.
С начала 1970-х гг. проблему ценности биологической информации последовательно рассматривал в своих трудах М.В. Волькенштейн (см. Волькенштейн, 1988, и, подробно, - в Главе 5 этой книги). Повышение ценности биологической информации трактовалось им как снижение избыточности (в теоретико-информационном смысле), как рост степени незаменимости информации в ходе эволюционного и индивидуального развития, и это возрастание ценности информации он предлагал рассматривать как один из важнейших принципов теоретической биологии.
Информационный подход, включающий представления о ценности биологической информации, использовался в теориях и моделях самоорганизации предбиологических макромолекулярных систем и их эволюционного развития (Эйген, Винклер, 1979; Эйген, Шустер, 1988); теперь эти работы интерпретированы с позиций динамической теории информации (Чернавский, 2004, с. 139-146). Переход с синтаксического уровня описания систем и процессов на семантический уровень теперь происходит и в исследованиях распознавания и взаимного узнавания информационных макромолекул (ДНК, РНК и белков). В последние два десятилетия эти явления изучает биомолекулярная динамика на разных уровнях структур - как первичных, так и более высоких порядков. Информация, кодируемая на всех этих уровнях, связана с работой генов, самосборкой клеточных структур, мембранным транспортом и межклеточными коммуникациями - процессами, лежащими в основе жизнедеятельности и развития живых организмов. (Соответствующие публикации исчисляются десятками тысяч, поэтому ссылки здесь не приведены).
Как уже упоминалось выше, Дж. фон Нейман отмечал, что для информационного описания двух разных процессов (систем) – статистических и динамических - необходимо два принципиально разных подхода. Однако в реальном мире, а не в мире моделей, строго разграничить эти два типа систем невозможно: это - разные способы описания одних и тех же физических объектов. Более четко этот дуализм был сформулирован ещё А.Розенблютом и Н.Винером (Rosenblueth, Wiener), предложившими различать функциональное и бихевиористское (поведенческое) описание открытой - взаимодействующей с внешним миром - системы. При функциональном подходе изучают внутреннее устройство системы и выясняют, какие функции выполняют те или иные ее подсистемы, а при поведенческом - способы ее взаимодействия с внешним миром, закономерности ее реакций на те или иные внешние стимулы.
Поведенческий подход отображён и в подходе к системам как к “черным ящикам”: их можно изучать, не анализируя их внутреннее строение, а лишь изучая их входы и выходы - внешние сигналы и ответы систем на них. Предложив это, Н. Винер разграничил причинно-следственный и кибернетический подход к системам, обладающим целенаправленным (телеологическим) поведением. Этим он выразил принципиальный отказ от физического принципа причинности, от сведения поведения системы (динамики макропеременных) к физическому устройству этой системы или к ее внутренним микросостояниям. Это было сделано именно для того, чтобы снять вопрос о принципиальном различии живого и неживого. Именно это позволяло создать основы точной науки, равно применимой и к техническим системам автоматического регулирования, и к биологическим, и к социально-экономическим системам.
Возвращаясь к вопросу о критериях, характеризующих устойчивость систем (как сказано выше, это свойство необходимо для запоминания системой своего состояния и потому является необходимым в контексте динамической теории информации), упомянем о так называемой S-теореме Ю.Л. Климонтовича (Климонтович, 1990), согласно которой, информационная энтропия при переходе в более упорядоченное состояние убывает - происходит самоорганизация. (Простейший природный пример такого явления - рост пространственно упорядоченных структур кристаллов из изначально гомогенного насыщенного раствора.). Такой подход был использован в медико-биологической диагностике - в частности, при анализе кардиограмм и результатов биохимических тестов (Анищенко, 1994; Анищенко, Сапарин, Анищенко, 1993).
При этом, как отметил сам Ю.Л. Климонтович, уже система в концепциях Людвига Больцмана является не замкнутой, а открытой, так как значение энергии в ней не фиксировано, а флуктуирует, так что именно Больцмана можно считать основоположником статистической теории открытых систем (Климонтович, 1996).
Основоположником же второго, динамического (поведенческого, кибернетического) подхода мы можем считать Анри Пуанкаре. Под системой он понимал именно динамическую систему уравнений - изменение решений этой системы во времени при варьировании тех или иных ее параметров (затухания, жесткости и т.п.) или начальных данных - не зависимо от того, какой физический или иной процесс эти уравнения описывают. При этом статистическую механику Больцмана он категорически отвергал, считая, что теория необратимых процессов и механика не совместимы.
Эти два подхода - разные попытки их совместить или разграничить области их применимости - стали одним из главных сюжетов всего последующего развития наук о сложных открытых системах. Именно здесь сталкивались противоположные философские воззрения - во многом как отголосок давних споров механицизма и витализма, холизма и редукционизма. И эти споры не прекращаются по сей день.
Все перечисленные подходы и методы немедленно находили применение в биофизических исследованиях и порождали надежду, что сложное поведение конкретных биологических систем наконец-то получит причинно-следственные объяснения. Однако всякий раз эта надежда оправдывалась лишь частично.
Параллельно развивались и «кибернетические» методы – качественная теория дифференциальных уравнений, теория устойчивости движения, теория автоколебаний и автоматического регулирования, теория катастроф, теория динамических систем. Важнейшее открытие было сделано А.Н. Колмогоровым еще в 1943 году: он показал, что для детерминированных систем, в том числе и консервативных, принципиально возможен детерминированный хаос - их принципиально непредсказуемое поведение. Исследования этих феноменов привели к изучению новых математических объектов – странных аттракторов и фракталов. Эти объекты оказались удивительно удобными концептуальными моделями, позволяющими понять принципы динамики и морфологии самых разных сложных систем, включая биологические.
В целом можно отметить, что термодинамическая парадигма все более уступает место кибернетической, и хотя в ряде случаев возможны оба подхода, мир динамических систем явно богаче и шире того, что удается воспроизвести статистическими методами. Поэтому даже классики термодинамического подхода, например, И. Пригожин, все чаще отдают предпочтение подходу теории динамических систем.
Двойственность биологических систем заключается, в частности, в том, что их можно рассматривать и как физические, и как своеобразные символьные системы (Ньюэлл, Саймон, 1993). Этот подход впоследствии оформился в самостоятельное научное направление – физическую семиотику (Немчинов, 1991). Его преимуществом является, на наш взгляд, возможность достаточно полно использовать методы К. Шеннона (количественные оценки сложности сообщений, пропускной способности каналов, уровней шумов и т.д.), оставаясь при этом в рамках семантической (семиотической) парадигмы.
Упомянутый выше алгоритмический подход, развитый школой А.Н. Колмогорова, связал понятие информации с количественными мерами сложности. Теория сложности – весьма обширный раздел математики и программирования, содержащий немало нетривиальных, но пока мало использованных биологами результатов, потенциально важных для решения наиболее трудных проблем теоретической биологии (теории эволюции, биологии развития, экологии и многих других).
В частности, становится ясным, что нельзя отождествлять сложность алгоритма и сложность порожденных этим алгоритмом структур. Это особенно наглядно в случае фрактальных структур, весьма часто встречающихся и в живой, и в неживой природе (Mandelbrot, 1982). Поэтому, в частности, далеко не всегда можно рассматривать генетические тексты как непосредственные зашифрованные описания порождаемых ими структур. Скорее, совокупности этих текстов следует понимать как описания алгоритмов пространственно-временной реализации входящих в эти совокупности текстов, или даже как алгоритмы построения автоматов, реализующих эти алгоритмы. По-видимому, именно поэтому сравнительно небольшой длине генетического кода организма соответствует огромный массив информации, необходимой для описания как непосредственно самих морфологических структур, так и их развития. Попытки разрешения этого парадокса были предприняты еще в 1950-х гг.: «изобретательность биологов» (по выражению Г.Кастлера) позволила пытаться анализировать многообразие цитоплазматических структур и принципы формообразования (Thomson, 1952).
Разрешение этого парадокса, существующего до сих пор, может быть ключевым для понимания онтогенеза и эволюции: сравнительно небольшие изменения в генетических текстах могут приводить к разительным метаморфозам внешнего облика, к появлению новых таксонов с порой ошеломляющим разнообразием признаков. Так проблема огромного семантического веса небольших блоков информации проявляется в биосистемах. Именно такие ценные блоки - предмет поисков и анализа современных исследователей генома, функционально важных пептидов и других биополимеров. На наш взгляд, эти области современной эмпирической биологии - перспективное, но пока не реализованное поле приложения теории динамических систем. (Более подробно о проблеме семантического веса конкретных биологических информационных структур будет сказанов следующих главах.).
Применение теории информации в биологии до сих пор остается фрагментарным. Наиболее удачным оно было в и нейро- и психофизиологии и в изучении сигналов общения у различных животных; гораздо меньше удач, как ни странно, было в молекулярной генетике, в теории эволюции и в экологии. Однако теоретико-информационный подход к биосистемам проявляет удивительную “живучесть”. Это свидетельствует о необходимости и глубинной эвристической ценности теоретико-информационного анализа биологических систем – несмотря на многочисленные свидетельства его недостаточности и противоречивости принципов, которые берут за его основу разные авторы Энтузиазм тех, кто использовал теорию информации в биологии, был вовсе не беспочвенным.
Актуальными и требующими отдельного и достаточно подробного рассмотрения остаются еще многие важные вопросы, в том числе:
1. Что считать элементарной значимой единицей сообщения - символом, знаком - на каждом структурном и/или функциональном уровне системы?
2. Что считать полной группой событий – синтаксической базой рассматриваемого “языка описания”, необходимой для теоретико-информационного анализа биологических “текстов” и “сигналов”?
3. Что может дать теория информации для исследований кодирования и перекодирования в биологических системах (генетических текстов – в метаболические реакции, морфологические структуры, морфогенетические процессы и последовательности событий онтогенеза, констелляций нейронных импульсов – в акустические и визуальные сигналы и поведенческие акты и т.п. ) ?
4. Для какого круга биологических проблем можно использовать разработанные в математической теории информации и ее приложениях представления о каналах связи, их пропускной способности, шумах и др.? Можно ли считать каналами связи пути саморазвития биосистем (в онтогенезе, эволюции, сукцессиях) ? Если можно, то как анализировать такие каналы связи - как бы «растущие под напором» информации?
5. Может ли шенноновская (или какая-либо другая) мера информации служить интегральным критерием сложности, многообразия и/или организованности систем (в частности - биологических)? Может ли подобный интегральный критерий служить для построения таких моделей и теорий, которые обладали бы прогностическими свойствами в отношении тех или иных конкретных биологических систем?
6. Какие возможности открывают новые общенаучные дисциплины - кибернетика, синергетика, теория сложности, теория устойчивости, фрактальная геометрия, а также использование их во взаимодействиях - для теоретического анализа тех эмпирических процессов в биосистемах, при которых создается новая информация, увеличивается ее количество и формируются системы связей и многоуровневые динамические структуры? В первую очередь это касается процессов развития в онтогенезе и эволюции.
7. Информация каких конкретных структурных и функциональных уровней биосистем является «ведущей», а каких - «ведомой» (подчиненной) в различных биологических феноменах?
       Все эти вопросы всё ещё остаются открытыми.

Автор приносит большую благодарность к.х.н. Л.В. Попову и С.В. Чудову - своим соавторам по первому варианту текста этой главы, опубликованному в Интернет-журнале “Биометрика-2000”.

ЛИТЕРАТУРА

Анищенко В.С. //Известия вузов. Серия прикладной и нелинейной
       динамики. Т. 2(3), № 55. 1994.
Анищенко В.С., Сапарин П.И., Анищенко Т.Г.. Письма в Журнал
       Теоретической Физики. /Журнал Теоретической Физики. 1993.
       № 24, С. 88.
Блюменфельд Л.А. Термодинамика, информация и конструкция
       биологических систем. Соросовский образовательный журнал. 1996.
       №7. С.88-92.
Бонгард Н.М. Проблема узнавания. Москва, Изд-во “Наука”, 1967.
       С.134–157.
Бриллюэн Л.. Наука и теория информации. Москва, “Физматгиз”, 1960.
Волькенштейн М.В. Биофизика. М.: Наука, 1988.
Гленсдорф П., Пригожин И.. Термодинамическая теория структуры,
       устойчивость и флуктуации. Москва, Изд-во “Мир”, 1973.
Гросберг А.Ю., Хохлов А.Р. Статистическая физика макромолекул.
       Москва, Изд-во “Наука”, 1989. С. 296.
Зубарев Д.Н.. Неравновесная статистическая термодинамика.
       Москва, Изд-во «Наука», 1971.
Кастлер Г. Возникновение биологической организации. Москва, “Мир”, 1967.
Климонтович Ю.Л. Турбулентное движение и структура хаоса:
       новый подход к статистической теории открытых систем.
       Москва, Изд-во “Наука”, 1990.
Климонтович Ю.Л.. Критерии относительной степени упорядоченности
       открытых систем. //Успехи физических наук, 1996. Т. 166, №11,
       С. 1231–1243.
Колмогоров А.Н.. Три подхода к определению понятия количества
       информации. //Проблемы передачи информации. 1965. Вып. 1.
       Т.1, С. 3.
Концепция информации и биологические системы. (Материалы
       конференции 1963 г. в Хьюстоне, США. Пер. с англ., под ред. и
       с предисл. В.С.Гурфинкеля). Москва. Изд-во “ Мир”, 1966.
Корогодин В.И., Коргогодина В.Л. Информация как основа жизни.
       Дубна. Издательский центр “Феникс”, 2000.
Котельников В.А., Николаев А.М.. Основы радиотехники. Ч.1.
       Москва, “Связьиздат”, 1950.
Лифшиц И.М.// Журнал экспериментальной и теоретической физики.
       1968. Т.55. №6. С. 2408.
Мелик-Гайказян И.В. Информация и самоорганизация. Томск, Изд-во
       Томского Политехнического Университета, 1995; Информационные
       процессы и реальность. Москва, “Наука-Физматлит”, 1997.
На пути к теоретической биологии. I. Пролегомены. (Материалы
       симпозиума 1966 г. в Беладжо, Италия. Пер. с англ., под ред.
       и с предисловием Б.Л.Астаурова). М.: Мир, 1970.
Нейман фон Дж. Общая и логическая теория автоматов. В кн.: Тьюринг А. Может ли машина мыслить? Москва, Гос. Изд-во физ.-мат. лит-ры, 1960. С. 59.
Немчинов Ю.В. Физическая семиотика. Москва, Изд-во “Наука”, 1991.
Ньюэлл А., Саймон Х. Информатика как эмпирическое исследование: символы и поиск. В сб. “Лекции лауреатов премии Тьюринга”, Москва, Изд-во “Мир”, 1993. С.334.
Поплавский Р.П. Термодинамика информационных процессов.
       Москва, Изд-во «Наука», 1981.
Стратонович Р.Л.. О ценности информации. //Известия АН СССР.
       Серия технической кибернетики. 1965. №5. С. 3–12.
Термодинамика биологических процессов. Москва, “Наука”, 1976.
Теория информации в биологии. (Материалы конференции 1956 г. в
       Гатлинбурге, США. Пер. с англ., под ред. и с предисл. Л.А.
       Блюменфельда). Москва, Изд-во иностранной литературы, 1960.
Хайтун С.Д. Мои идеи. Москва, “Агар”, 1998.
Хакен Г.. Синергетика. Москва, “Мир”, 1980.
Хакен Г. Информация и самоорганизация. Москва, Изд-во “Мир”, 1991.
Харкевич А.А. О ценности информации. / Проблемы кибернетики.
       1960. Вып. 4. С.53–57.
Чернавский Д.С. Синергетика и информация. Москва, Изд-во “Знание”, 1990.
Чернавский Д.С.. Синергетика и информация. Динамическая теория информации. Москва, “Наука”, 2001.
Чернавский Д.С.. Синергетика и информация. Динамическая теория информации. Москва, Изд-во “Едиториал УРСС”, 2004.
Шеннон К. Работы по теории информации и кибернетике. – Москва,
       Изд-во иностранной литературы, 1963.
Шмальгаузен И.И. Кибернетические вопросы биологии. Новосибирск.
       Изд-во “Наука”, СО АН СССР. 1968.
Эйген М., Винклер Р. Игра жизни. Москва, Изд-во ”Наука”, 1979.
Эйген М., Шустер Р. Гиперцикл: примеры самоорганизации
       макромолекул. Москва, Изд-во “Наука”, 1988.
Carnap R., Bar-Hillel Y. Tech. Rep. Res. Lab. Electr., Mass. Inst. Technol.
       № 247. 1952.
Hartley R.V.L.. Transmission of Information. BSTJ, 7, 3. P. 535-563
       (1928). [Цитируется по: “Теория информации и ее приложения”.
       Москва, 1959. Сб. пер. под ред. А.А.Харкевича, с. 5-35].
Information theory in biology. /Ed. by H. Quastler. – Urbana: University
       of Illinois Press, 1953.
Mandelbrot B.B.. The fractal geometry of nature. Freeman: San Francisco. 1982.
Prigogine I. Structure, dissipation and life. / Theoretical physics and biology. North-Holland Publ. Co, 1969. P. 23-52.
Prigogine I. La thermodynamique de la vie. // Recherche, 1972. No3. P.547-562.
Rosenblueth A., Wiener N., Bigelow J.. Behavior, purpose and
       teleology. Philosophy of Science. Baltimore. 10. №1. P.18-24.
Thomson D.A.W.. Growth and Form. Cambridge University Press.
       Cambridge, England, 1952.
Wiener N.. Cybernetics or control and communication in the animal
       and machine // The Technology Press and John Wiley & Sons, Inc.,
       New York – Hermann et Cie, Paris, 1948. [Имеется перевод:
       Винер Н. Кибернетика, или управление и связь в животном и машине.
       Москва, Изд-во “Советское радио”, 1968.].

Глава 4.

ЖИВОЕ И ИНФОРМАЦИЯ.

Научно-популярное введение в тему.

       Мы часто слышим и читаем о биологической информации - генетической, структурной, зрительной, слуховой... Описывая самые различные свойства живых организмов, биологи пользуются общим словом “информация”, характерным для лексики представителей самых разных профессий - от журналистов до философов. Предложены десятки очень разных словесных определений информации (Чернавский, 2003, с.7-10), причём, по мнению академика Н.Н.Моисеева, “строгого и достаточно универсального определения информации не только нет, но оно и вряд ли возможно” (см. Мелик-Гайказян, 1997, с.39). Однако “понимание того, что такое информация... представляет собой совокупность знаний, полученных разными науками: философией, физикой, биологией, общей теорией систем, теорией связи, математикой” (см. там же). При этом в нескольких монографиях последних лет отражены попытки создать такую целостную теорию информации - с использованием концептуальных построений и математических моделей синергетики - которая адекватно описывала бы разнообразные процессы развития биологических систем (Корогодин, Корогодина, 2000; Чернавский, 2004). Конкретные биологические примеры в этих работах единичны и пока ещё далеки от интерпретаций многих конкретных информационных процессов биологического развития, однако некоторые их важнейшие аспекты удаётся понять глубже. Поэтому в данной работе много внимания уделено именно и эмпирическим особенностям биологических информационных процессов, и предыстории и истории информационных представлений в биологии.
       Когда мы наблюдаем за тем, как из одной клетки развивается многоклеточный зародыш, как распускается цветок, как зарастает травами пепелище, когда мы рассматриваем останки вымерших животных и растений, мы видим, что живые системы могут развиваться: из сравнительно простых структур формируются всё более сложные, усложняются и системы функций. Эволюционное развитие происходило в течение миллиардов лет существования жизни на Земле; эмбриональное развитие происходит каждый раз при формировании многоклеточного организма из одной клетки; развиваются и экологические системы, состоящие из многих разнообразных живых организмов. Все живое - клетки, органы, организмы и их сообщества - способно развиваться, используя генетические программы, полученные организмами от их предков. Эволюция - это такое длительное развитие, при котором в течение длительного времени развиваются как формы организмов, так и их генетические программы; они выживают, размножаются, изменяются и передают свои многочисленные свойства потомкам. Можно утверждать, что жизнь может существовать именно потому, что биологические структуры и процессы так сложны и разнообразны: и гены, и клетки, и работающие органы, и организмы являются информационными системами, так как они способны “1) воспринимать (рецептировать), 2) запоминать и 3) генерировать макроинформацию” (Чернавский, 2004, с. 95; о том, что такое макроинформация, речь пойдёт ниже -см. Главу *, с. **). Это проявляется в том, что живые системы могут обмениваться информацией - сложными и разнообразными сигналами. Развитие живых систем всегда связано с изменениями их сложности и разнообразия.
       А можно ли измерять разнообразие и сложность как биологических сигналов и кодов, так и тех структур и функций, которые в них закодированы? Если да, то можно ли связать такие меры со смыслами этих явлений? Можно ли предвидеть пути развития живых систем? Можно ли управлять этими жизненными процессами?
       Для этого требуется строить их математические модели. А для таких моделей требуются меры сложности и разнообразия. И когда для задач техники связи были созданы основы теории информации, благодаря которой стали измерять сложность и разнообразие текстов и сигналов в сообщениях, создаваемых и передаваемых людьми, это сразу же вызвало огромный интерес биологов. Ведь в те же годы биологи обнаружили информационные процессы в живых системах.
 
       Что такое теория информации.

       Латинское слово "информация" буквально означает: "придание формы, свойств". Шестьсот лет назад так называли божественное "программирование" - вложение Богом души и жизни в тело человека, а в житейском смысле - передачу знаний с помощью книг (близкие по смыслу слова в первом случае - "вдохновение", "оживление", а во втором - "сообщение", "сюжет"). В последние два столетия преобладал второй смысл. А более полувека назад слово "информация" обрело новый, научный смысл: информацию стали измерять.
       В 1948-49 годах американские ученые - специалист по технике связи Клод Шеннон и методолог Уоррен Уивер - разработали новые математические методы для анализа систем связи - радио, телеграфа, телефона, телевидения: Шеннон предложил формулу для измерения информации сообщений, передаваемых и принимаемых ими в виде кодов и сигналов. В этой формуле используются вероятности различных знаков, кодирующих сообщения. Не важно, каковы эти знаки: это могут быть буквы, точки и тире, вспышки лампочек разного цвета, другие сигналы разной силы, длительности или частоты... Формула Шеннона позволяет измерять сложность и неоднородность любых наборов знаков и составленных из них сообщений.
       Шеннон ввел единицы измерения информации - биты. Бит - по-английски "binary unit" - это мера сложности при выборе одного из двух равновероятных вариантов. Например, если бросить монетку так, чтобы она вращалась в воздухе, то в половине случаев она упадет орлом вверх, а в половине случаев - наоборот. Сообщение о том, как именно упала монетка при одном бросании, равно 1 биту.
       Под крышами некоторых высоких городских домов мы видим световые табло, на которых пробегают надписи, передающие нам рекламы, сводки погоды и другую информацию. А сколько бит информации несет появление каждой новой буквы в этих (и не только в этих) текстах? Букв в алфавите - примерно 32, то есть два в пятой степени: чтобы выбрать одну букву, надо разделить алфавит пополам и выяснить, в какой его половине находится искомая буква (этот выбор дает 1 бит), затем эту половинку тоже разделить пополам и сделать то же самое (это - еще 1 бит)... За 5 таких шагов можно точно "выйти" на любую нужную букву. Поэтому, если бы буквы в тексте были равновероятными, то каждая появляющаяся буква несла бы 5 бит информации (показатель степени числа 2 и есть количество бит). Но на самом деле одни буквы в языке встречаются чаще, а другие - реже; это задаётся системой правил языка. Из-за этого реальные сообщения и тексты, написанные и передаваемые на самых разных языках, несут примерно по 1 биту на букву: остальные 4 бита на букву - это информация, "даваемая" каждому элементу-букве всей системой-языком. Частично ее можно предвидеть: например, после сочетания букв "ТЬС" всегда идет буква Я, а после Ж и Ш никогда не идет буква Ы. Такую "очевидную" информацию называют избыточной. Специальными приемами сокращая каждый такой избыточный блок символов до одного специального символа, можно кодировать и передавать информацию экономнее и быстрее.
       Вычисления информации позволяют оценить как возможности различных систем кодирования - алфавитов, шифров, световых и звуковых сигналов, электрических импульсов - так и пропускную способность и устойчивость к помехам у самых различных каналов связи. Эти свойства каналов связи измеряют, определяя, сколько бит в секунду можно передать по каналу - по электрическому проводу или кабелю, по радио или телевидению в том или ином диапазоне радиочастот и т.п., и насколько теряется информация при помехах.
       Информация как математическая функция имеет несколько важных свойств. Во-первых, количество информации не меняется при перекодировке сообщения из одной системы знаков в другую (например, в телеграфе при перекодировке буквенного текста в последовательность точек и тире). Во-вторых, информация не подчиняется закону сохранения (в отличие от массы и энергии): в одной из своих теорем Шеннон доказал, что при взаимодействии двух простейших систем количество информации в них может стать больше, чем в них обеих до взаимодействия. Поэтому взаимодействующие системы, развиваясь, могут "наращивать" свою информацию. Что же касается самой способности некоторых систем к саморазвитию, она была доказана в 1970-х -1980-х гг. - с зарождением и развитием синергетики и представлений о диссипативных системах. (О них речь пойдёт позже,в главе *).
       В те же годы, когда были созданы основы общей теории информации, стало ясным, что некоторые общие особенности поведения сложных систем - природных, технических, общественных, экономических, языковых - можно изучать, даже зная далеко не все о том, из чего они состоят. Математик Норберт Винер заложил основы кибернетики - предложенной им науки о законах управления, общих для живых организмов и созданных человеком машин. Математическая теория информации сразу же стала частью кибернетики, и более того - она начала становиться инструментом своеобразной общенаучной - философской - системы. Как писал в 1956 году один из первых проповедников этого подхода, Генри Кастлер, "теория Шеннона была с энтузиазмом принята психологами, лингвистами, историками, экономистами, библиотекарями, социологами и биологами, интересующимися самыми различными вопросами" (См. его статью “Место теории информации в биологии” в сб. “Теория информации в биологии”, 1960). Информацию стали вычислять не только в телефонных кабелях, но и в книгах, написанных на различных языках, в картотеках, а также в природных объектах и явлениях: в газах, в системах химических реакций, в белках и нуклеиновых кислотах, в звуковых сигналах поющих птиц, в воспринимаемой человеком речи, в музыке, в зрительных образах, в природных сообществах организмов...
       Почему же формула Шеннона стала такой всеобъемлющей? Формулу, сходные со следствиями из формулы Шеннона, предложил еще в прошлом веке физик Л.Больцман для самых простых систем - для моделей газа, которые легли в основу термодинамики - раздела физики, связывающего энергию систем с их структурами. С помощью предложенной им формулы Больцман предложил измерять энтропию газов. В термодинамических моделях энтропию рассматривали и как меру однородности, "беспорядка" системы. Здесь, однако, надо отметить, что в последние 40 лет опубликовано более десятка работ, авторы которых показывают, что “рост энтропии может сопровождаться ростом сложности даже в изолированной системе” и “рост сложности вообще не противоречит росту энтропии”, т.е. “энтропия не является мерой беспорядка” (эти цитаты и список работ - см. Хайтун, 1998, с. 19-20, 22). Однако “начиная с работ по классической теории информации, установилась традиция связывать информацию с термодинамической величиной - энтропией. Начало традиции было положено Н.Винером, увидевшим действительно бросающееся в глаза сходство формул Шеннона для количества информации I и формулы Больцмана для энтропии S” (Чернавский, 2004, с. 25). Понятие энтропии стало использоваться и в других науках, потому что любую информацию, вычисляемую по формуле Шеннона, стали считать мерой уменьшения энтропии любой системы, то есть мерой возрастания её разнообразия. Поэтому информацию часто считали и называли негэнтропией, то есть отрицательной энтропией. Однако с развитием представлений о микро- и макроинформации (объяснения этих понятий - см. ниже, в Главе 3 (4 ?)*) ситуация изменилась: доказана ошибочность термодинамической трактовки информации (см. Чернавский. 2004, с. 25-31).

Теория информации глазами биолога.

       Развитие, включая эволюцию, - это увеличение сложности и разнообразия живых систем. Биологи образно говорят, что "живое питается информацией", создавая, накопляя и активно используя ее.
       Согласно известному закону физики - второму началу термодинамики - если какую-либо систему "предоставить самой себе" и убрать все внешние воздействия на нее (такую систему называют закрытой), то ее энтропия неизбежно возрастает: её элементы "перемешиваются" и разрушаются, исчезают перепады температур и воцаряется полный беспорядок - хаос. Поэтому, если Вселенная - это закрытая система, то ее ждет хаос - тепловая смерть. Этой мрачной картине, нарисованной физиками в рамках изначальной, равновесной термодинамики, теперь противостоит оптимизм нового раздела термодинамики - термодинамики неравновесных процессов - и синергетики: в их моделях и представлениях показано, что многие системы - так называемые диссипативные - могут устойчиво пребывать в состояниях, далёких от термодинамического равновесия; такие системы способны к самоорганизации, включая самосборки сложных систем из более простых. К этим системам относятся и информационные, включая биологические. Теперь способность к самосборкам и самоорганизации на всех структурных уровнях некоторые авторы рассматривают как основу эволюции - свойство, изначально присущее диссипативным системам, включая информационные (Чернавский, 2004), или даже всем системам вообще (см. Чайковский, 2004, с.280-281). В этом контексте, с 1948 г. до конца 1970-х гг. - в рамках равновесной термодинамики и представлений об информации как о “негэнтропии”, до становления синергетики - эволюция жизни на нашей планете воспринималась как антиэнтропийный парадокс, противоречащий второму началу термодинамики. Теперь же рост количества информации в онтогенезе и в эволюции живых систем вполне укладывается в синергетические представления.
       Жизнь - система открытая: в живые системы многообразными путями поступает и вещество, и энергия, и информация. Потребляя энергию Солнца в процессе фотосинтеза, растения строят биологические молекулы из неорганических. Им помогают некоторые бактерии, способные встраивать в эти молекулы соединения азота. Эту эстафету подхватывают животные, поедающие растения и друг друга, а затем - грибы и бактерии, разлагающие клетки всех организмов... В общем, строя и перерабатывая саму себя, жизнь борется с хаосом.
       Оказалось, что информационная ёмкость живых систем огромна. Так, если рассматривать геном человека лишь как линейный молекулярный текст, то в ДНК каждой нашей клетки содержится около 7 триллионов бит, - больше, чем может поместиться в жёстком диске компьютера типа "Пентиум-1" - даже если не считать разнообразия пространственных форм кодирования информации в разных участках генома и различных взаимодействий между ними. Мозг человека состоит из 10 в 11-й степени нейронов, и в ядре каждого их них - названное выше количество информации в ДНК. При этом на один нейрон может приходить до десяти тысяч (а в мозжечке - до ста тысяч) синапсов - связей с другими нейронами. В общем, природные информационные системы - на много порядков сложнее, чем всё, что пока создали люди. И сейчас перед всем человечеством стоит важнейшая задача: защитить жизнь на нашей планете от наших собственных промышленных технологий и отходов - не стать служителями и жертвами хаоса, который сеют наши неразумные деяния. Тогда информация живого - красота, многообразие и сложность жизни - будет расти и впредь.
       Биология оказалась особенно "чувствительной" к теории информации. Пытаться применять теорию информации для решения своих задач стали представители самых разнообразных биологических дисциплин: генетики, биохимики, эмбриологи, систематики, экологи, нейрофизиологи, эволюционисты. Ведь именно в конце 1940-х гг. - в те годы, когда Шеннон создал свою теорию - биологи обнаружили и начали изучать такие биологические системы, которые удивительно похожи на наши рукотворные информационные системы и устройства связи, но созданы эволюцией за миллиарды лет до появления человека на Земле. Причем такие системы есть на всех структурных уровнях жизни: в кодирующих биологических молекулах, в системах связи между клетками, тканями и органами внутри организмов и в сообществах живых существ. Молекулярные биологи и генетики обнаружили в молекулах ДНК настоящие буквенные тексты: они копируются в РНК и перекодируются в белки; “опечатки”, "помехи" в ДНК - мутации - используются в эволюции. Физиологи открыли каналы связи и кодирующие сочетания электрических импульсов в нервных системах. Экологи стали вычислять информационное разнообразие организмов в сообществах, а этологи - измерять информацию при общении животных.
       
       Теория информации и биологические кодирующие молекулы.
       
       Идея о том, что наследственная информация кодируется в виде линейных последовательностей неких знаковых структур, которые объединяются в новые комбинации, фигурирует ещё в работах А.Вейсмана 1887 и 1991 г.г.; представления о том, что размножение базируется на комплементарном удвоении таких молекул, принадлежит Н.К.Кольцову (1927 г.). В 1949-1953 гг. в клетках живых организмов стало понятно, как устроена и работает ДНК. Таким образом, были выявлены настоящие тексты наследственности, состоящие из цепочек молекул. Генетики доказали, что именно в ДНК кодируется наследственная информация, и начали исследовать частоты "букв" - нуклеотидов. Стало ясно, что, хотя в концепции Н.К.Кольцова фигурировали не ДНК, а белки, в целом предложенная им схема верна: ДНК подобна одновременно тексту из букв и застежке- "молнии", и именно благодаря такому строению эти молекулы размножаются, копируя генетическую информацию. Используя теорию кодирования - раздел теории информации - в 1953 г. Г.Гамов теоретически предсказал, что каждая из двадцати аминокислот, составляющих белки, должна кодироваться в ДНК специфической последовательностью из трёх нуклеотидов - ни больше и ни меньше. Это было доказано экспериментально лишь восемь лет спустя, в 1962 году. (Более детально о сюжетах этого абзаца - см. Гайсинович, 1988, сс. 171-172, 343-359).
       Зародившись под влиянием физики в технике связи, теория информации способствовала зарождению и развитию молекулярной биологии: биологические полимеры стали изучать и сравнивать как тексты, представленные двумя взаимосвязанными кодами - четырехбуквенным в ДНК и РНК и двадцатибуквенным в белках. С конца 1950-х гг. эти вещества стали называть информационными макромолекулами. В другом их названии - кодирующие биополимеры - тоже запечатлены представления о теории информации: теория кодирования - это её раздел.
       Как только стало ясно, какую огромную роль играет ДНК в размножении, наследовании признаков, развитии и эволюции организмов, а также то, что её молекулы подобны текстам, возникли идеи о том, что кодируемые в ДНК гены можно читать, как слова в книгах. И произошло это именно благодаря зарождению теории информации. Однако универсальные лабораторные методы чтения генетических текстов были изобретены намного позже - лишь к 1977 году. ***
       К настоящему времени много генов и других функциональных участков ДНК, а также полные генетические программы - геномы - десятков разных организмов уже прочитаны, и еще больше их предстоит прочитать. Ведь сравнивая информацию, содержащуюся в разных участках ДНК различных организмов, мы постигаем и общую картину эволюции жизни на Земле, и систему родственных взаимоотношений между всеми организмами, и ключевые процессы развития и старения, и причины тысяч болезней, среди которых - диабет и рак. Сейчас многие генетики работают по заданиям всемирной программы "Геном человека": мы очень рассчитываем узнать многое о нас самих, когда будем знать все ДНК-тексты, которые отец и мать передают ребенку как программу его развития.
       Мутации в ДНК - замены отдельных букв-нуклеотидов и перестановки целых их блоков - удобно рассматривать как помехи и шумы, случайным образом нарушающие ДНК-"сообщения". Такое представление о мутациях, в основе которого лежит теория Шеннона, позволяет изучать эволюцию некоторых генов. Эта же теория мутаций лежит в основе представлений о "катастрофах ошибок" - таких нарушениях в ДНК отдельных организмов, которые всегда приводят к их старению, а иногда вызывают некоторые формы рака и другие болезни.
       Именно благодаря принципам теории информации генетики изучают ДНК почти так же, как лингвисты - слова и фразы. Однако применять теорию информации для анализа ДНК-текстов оказалось не просто и далеко не всегда нужно.
       Конечно, можно рассматривать так же, как каналы и системы связи, и важнейшие генетические процессы: работу генов, синтез белков, использование генной информации в признаках организмов, передачу ее от предков к потомкам. Однако измерять прохождение информации по этим каналам не так-то просто. К тому же, читая ДНК, генетики поняли, что она кодирует отнюдь не только белки. Мы привыкли говорить "генетический код", при этом подразумевая лишь те участки ДНК, в которых закодированы белки. А это неверно: генетических кодов много, а участки, кодирующие белки, составляют лишь считанные проценты наших с вами ДНК! Внешне остальные участки нити ДНК устроены так же, как и кодирующие белки - это тоже неразветвленные цепочки, построенные из тех же четырех букв - нуклеотидов. Однако кодируют они информацию иначе. Триплетов-кодонов, кодирующих аминокислоты в белках, в них нет. Эти участки очень разнообразны - и по структурам ДНК-текстов, и по кодируемой в них информации. Разные участки ДНК могут кодировать следующие биологические свойства: где на ней должна начинаться репликация; как должны "работать" центромеры и теломеры в хромосомах; где и как эти участки ДНК могут скручиваться и "застегиваться" с другими комплементарными участками; где и как на них могут "садиться" те или иные белки-регуляторы, "включающие" и "выключающие" считывание разных участков-генов; где и как можно вырезать ДНК и РНК разными ферментами, и многое-многое другое. Во многих таких процессах участки нити ДНК изгибаются (изменяют конформацию), иногда "расстегиваясь" вдоль, а иногда - и "застегиваясь" сами на себя с образованием петель, и с помощью своих изменяющихся форм "разговаривают" с другими участками ДНК, с РНК и с белками. Причем каждый из этих процессов существует в десятках, а то и в сотнях и тысячах вариантов, и для каждого варианта имеется свой вариант ДНК-текста. Много функций, много смыслов - и немало совсем разных кодов на одной и той же молекуле ДНК! И тут-то оказывается, что теория информации для генетиков была крайне необходимой, но оказалась крайне недостаточной. Ведь чтобы ее применять, надо знать и все эти коды, и полные наборы знаков, и их вероятности в каждом из этих кодов! А для этого сами "сообщения" на ДНК надо "прочитать", расшифровать, понять и классифицировать - если не все, то большинство из них. Получается "порочный круг".
       Кроме того, вся современная теория информации не пригодна для измерения сложности и многообразия форм. Потому-то уже для всех процессов, связанных с изменениями конформации ДНК, она не применима. А ведь и многие другие ключевые задачи биологии - это анализ того, как генетические тексты перекодируются в формы, и могут ли эти формы как-либо воздействовать на тексты. Именно такие задачи перед генетиками ставят морфологи - эмбриологи и эволюционисты.
       Да, генетики работают с информацией и понимают, что в принципе измерять ее можно. Но нужно и удается это делать далеко не всегда.

       Теория информации и нервные системы.

       С другой стороны, тогда же - в конце 1940-х годов - те биологи, которые изучали мозг и другие отделы нервной системы, разработали методы измерения сигналов в аксонах нейронов. Аксоны во многом - и по строению, и по принципам работы - сходны с электрическими проводами и с кабелями связи; из нейронов, их аксонов и окончаний как бы сотканы сложнейшие информационные сети нервной системы. Поэтому все те методы, которые создавали и применяли Шеннон и его многочисленные последователи для задач электроники, средств связи и компьютерной техники, тут же стремились применять в своих опытах исследователи мозга. И наборы импульсов в аксонах стали изучать примерно так же, как непонятные системы сигналов в кабелях связи. Тогда-то и наметились связи между психологами, изучавшими восприятие окружающего мира, память, обучение и высшие функции разума, и биологами-нейрофизиологами, вникавшие в тайны работы мозга с помощью сложных электрических приборов.
       Тут-то энтузиастов теории информации и кибернетики и поджидали сюрпризы - как огромные удачи, так и неожиданные и зачастую непреодолимые трудности.
       Как мы уже говорили выше, для вычислений информации очень важно знать весь набор знаков в коде и их частоты в сообщениях. Как слова превращаются в электрические импульсы в телефонном проводе, можно пронаблюдать и изучить: и те, и другие создаются людьми, и для исследований их можно упрощать. Но, изучая импульсы в аксоне нейрона, мы далеко не всегда можем понять, как в них кодируется информация. Например, какими знаками-импульсами передаются различные сведения: в аксоне нейрона зрительного нерва - о цветах и формах, воспринятых клетками сетчатки глаза, а в аксоне нейрона слухового нерва - о громкости, частотах и тембрах звуков, воспринятых клетками улитки уха? Где вообще в сообщении, передаваемом по аксону, кончается один знак и начинается другой? Все это остается загадочным по сей день. Такую информацию - разнообразие импульсов - вычисляют по Шеннону, но разными, часто взаимоисключающими, способами! И количества информации получаются различными - для одних и тех же систем они различаются в тысячи раз. Единого теоретико-информационного метода для этих задач нет. К тому же исследованиями передачи информации в органах зрения и слуха было показано, что элементы, составляющие эти органы, - клетки-рецепторы и нейроны - взаимодействуют друг с другом сложным образом. Иными словами, не только оба этих анализатора - зрительный и слуховой - но и "каналы связи" в них оказались не узкими каналами, а очень сложными сетями.
       Но нервные системы преподнесли нейрофизиологам и еще более трудные задачи. Сначала ученые думали, что электрический импульс просто "перескакивает" с одного нейрона на другой с небольшой задержкой. Если это так, то знаний обо всех физических связях между нейронами может быть достаточно для того, чтобы понять, как вся эта система устроена и как она работает. Однако это не так: оказалось, что их отнюдь не достаточно.
       Для того, чтобы импульс "перескочил" с одного нейрона на другой, между нейронами, в синапсе, нужны специальные молекулы - медиаторы. И оказалось, что их существует великое множество - около 30 "малых" молекул (среди них - некоторые аминокислоты, в том числе несколько аминокислот, входящих в состав белков) и, кроме того, свыше 600 (!) нейропептидов. Нейропептиды - это белки или их "обрывки" длиной от 2 до 300 аминокислот. А где белки - там и кодирующие их гены: родилась и развивается молекулярная нейрогенетика... Изучение функций нейропептидов, регуляции и работы кодирующих их генов - это передний край сегодняшней нейробиологии и вообще клеточной биологии. Среди медиаторов - вещества, вызывающие и отключающие голод, боль, сон, страх и многие другие чувства и элементы поведения. А все это так важно для медицины!
       Современный исследователь мозга рассматривает нервные связи как сложные системы переплетенных сетей, каждая из которых "соткана" из нейронов, работающих на определенном медиаторе. А синтез каждого медиатора зависит от многих факторов, и для разных медиаторов они различны. Но и это - не все! Оказалось, что в разных окончаниях одного нейрона и даже в одном окончании может вырабатываться несколько медиаторов. Значит, если даже лишь два нейрона образовали связь, то они могут "общаться" на сложнейшем "языке", включающем не только электрические импульсы, но и сотни "слов, записанных" в разнообразных генах. А нейронов в мозге - десятки миллиардов! "За деревьями - леса не видно"...
       Однако в психофизиологии теория информации все же "сказала свое слово", и довольно давно.
       Еще в 1960-х гг. психофизиологи поставили такие опыты: людей - испытуемых-добровольцев - обучали нажимать определенные кнопки в ответ на вспышки лампочек разных цветов, происходящие с различными частотами; а экспериментаторы могли эти частоты задавать и изменять. Оказалось, что скоро каждый испытуемый обучался выполнять такие задачи все быстрее и быстрее: за те же промежутки времени его мозг начинал принимать больше информации, так как в ответ на редкие сигналы он вырабатывал реакции торможения, а на частые - мобилизовал свои ресурсы в виде "операций ожидания". Все вычисления и выводы в этих опытах были основаны на формулах теории информации.
       Кое-где в нейробиологии теория Шеннона находит достойное применение и сейчас. Так, одна из сложнейших сторон зрительного восприятия - это распознавание лиц. Обезьяны - в отличие от других млекопитающих, имеющих более примитивную кору головного мозга, - даже по фотографиям лиц могут распознавать разных людей. В затылочной области коры головного мозга мартышек - в области анализа зрительных образов - выявили сеть нейронов, отвечающих за распознавание лиц. Введя электроды в аксон одного из этих нейронов и измеряя его импульсы тогда, когда мартышка размышляла над фотографиями знакомых и не знакомых ей людей, исследователи смогли подсчитать, сколько бит информации в таком нейроне имеет отношение именно к узнаванию лиц, и какую долю она составляет от всей информации, передаваемой по этому аксону.
       Сейчас исследования генов все более смыкаются с исследованиями восприятия и мышления. Но задачи обеих этих областей науки оказались гораздо сложнее, чем они казались вначале. До сих пор системы кодирования удавалось изучать одним биологам, а каналы связи - другим. Теперь в генетическом и психофизиологическом "ликах" биологической информации проступает все больше общих "черт" - общих проблем. Однако все яснее становится ограниченность тех формул и методов измерения и вычисления информации, которыми мы располагаем.

       Теория информации и другие проблемы биологии.

       Экологи стали пользоваться вариантами формулы Шеннона с конца 1950-х гг., чтобы характеризовать степени разнообразия и сложности природных сообществ живых организмов. Сначала теоретически, а затем и экспериментально - в лабораториях и в природных биоценозах - исследователи смогли показать, что чем больше разнообразие экосистемы, вычисленное по Шеннону, тем эта экосистема устойчивее к неблагоприятным воздействиям (включая неразумные воздействия человека на природу). Однако сейчас экологи предпочитают использовать другие, более сложные и глубокие математические критерии - "образы разнообразия".
       Этологи применяли теорию информации, чтобы измерять многообразие сигналов, которыми различные животные обмениваются при общении. Эти "слова" в "словарях" животных - не только звуки, но и запахи, позы и даже вспышки света (ими общаются светлячки и некоторые глубоководные рыбы).
       В теории эволюции информационными мерами пытались оценивать разнообразие отдельных генов и их сочетаний в популяциях. Во всех этих областях теория информации тоже была полезной и даже необходимой, но далеко не достаточной.
       Модели биологических систем изучаются в теоретической биофизике. Здесь физики вновь постарались помочь биологам: они создали термодинамику неравновесных саморазвивающихся систем. Модели, создаваемые в рамках этого направления, уже опираются не только на теорию информации. Но и эти модели имитируют лишь слишком общие биологические свойства - понимать и предсказывать поведение реальных живых систем они еще не позволяют.
       Важно то, что сложность, разнообразие и организованность систем, в частности биологических, - далеко не одно и то же, и измерять их надо по-разному. Кроме того, нередко бывает так, что маленькая (по Шеннону) "порция" информации может очень много "стоить" - играть решающую роль в развитии. Например, великая формула теории относительности А.Эйнштейна содержит всего 5 знаков, а описание этой теории занимало лишь несколько страниц. Так и в организмах. Например, всего лишь несколько генов - морфогенов - определяют, где будет голова, а где хвост, и сколько каких сегментов должно быть в туловище и в конечностях членистых животных - как позвоночных, так и членистоногих. А сегментация - ключевое явление и в эмбриональном развитии, и в эволюции этих больших групп животных. Сегменты вдоль тела - это "тема с вариациями", и здесь биологи пользуются аналогиями с рукотворными информационными структурами - с повторами в мелодиях, с рифмами в поэтических текстах...
       Сейчас на всех структурных уровнях живого - в кодирующих биополимерах (ДНК, РНК, белках); в клетках, тканях и их взаимодействиях; в популяциях организмов одного вида и в сообществах разных организмов - биологи ищут и изучают такие структуры, которые служат "блоками" важнейшей информации. Но такую информацию обычно не измеряют, а просто изучают и сопоставляют. Как объект вычисления, информация сейчас занимает в биологии довольно скромное место - особенно при изучении процессов развития. Измерять увеличение информации в реальных развивающихся живых системах - да так, чтобы предсказывать направления их развития - мы до сих пор не умеем. А ведь сила науки - именно в умении предвидеть, а иногда и управлять!
       Однако сейчас биологи используют теорию информации не меньше, а то и больше, чем представители других наук. Человеческий разум еще лишь начал постигать живые информационные системы, но уже создал аналогичные системы, необходимые для всех людей Земли. Они воплощены в компьютерах. Ведь теория информации лежит в основе информатики, в том числе - и биологической. Теперь все знания - о генах, хромосомах, развитии, болезнях, структурах, функциях и эволюции клеток, органов, организмов и их сообществ - биологи стараются запечатлевать в памяти компьютеров и обмениваться этими знаниями по каналам связи. Огромные профессиональные базы данных по биологии хранятся на крупнейших серверах системы Интернет и становятся ресурсами знаний для всего человечества. Так, база данных PubMed содержит свыше 11 миллионов рефератов по биологии и медицине, а база данных GenBank – огромные генетические тексты – разнообразные последовательности ДНК и РНК, выделенных из самых различных организмов и прочитанных генетиками. Огромные базы данных различных ботанических садов мира содержат фотографии и сканированные изображения разнообразных живых растений, классифицированные ботаниками, а также другую информацию о растениях Земли, ботанических атласах, организациях, журналах. В Интернет есть доступ к базам данных, хранящих сканированные коллекции цветных микрофотографий препаратов всех тканей человека, модели и изображения разнообразных клеток организмов и одноклеточных животных. Есть в нём и зоологические Веб-сайты, и виртуальные образы музеев, и многое другое. На очереди – создание многоаспектных и многоуровневых компьютерных баз знаний. Например, развивается проект «Живая мышь» – интегрированный и представленный в виде целостной системы гипертекстов синтез всех знаний по генетике, биохимии, физиологии, эмбриологии и прочих аспектах жизни и развития этого модельного лабораторного животного, во многом позволяющего понять и биологию человека.
       Вычисление количеств информации, сохранение, передача и воспроизведение на экранах компьютеров различных текстов, цветов, форм и движений разных изображений, звуковых сочетаний и мелодий, технологии получения на свои компьютеры этих знаний о живом, всё это – тоже явное применение теории информации в биологии.

ЛИТЕРАТУРА

Мелик-Гайказян И.В. Информационные процессы и реальность. Москва, Издво “Наука”. Физматлит. 1997.
Корогодин В.И., Корогодина В.Л. Информация как основа жизни. Дубна, Издательский центр “Феникс”, 2000.
Теория информации в биологии. Москва, Изд-во иностранной литературы, 1960. (Пер. с англ. яз.; под ред. и с предисл. Л.А.Блюменфельда).
Хайтун С.Д. Мои идеи. Москва, Изд-во “Агар”, 1998.
Чайковский Ю.В. Эволюция. Москва, Центр системных исследований - ИИЕТ РАН, 2004.
Чернавский Д.С. Синергетика и информация. Динамическаятеория информации. Москва, “Наука”, 2003.


Глава 5.
ОТЕЧЕСТВЕННАЯ СПЕЦИФИКА В ПРИМЕНЕНИИ ТЕОРИИ ИНФОРМАЦИИ В БИОЛОГИИ.
Анализ историка науки плюс воспоминания очевидца.

       Объём материала, принципы его отбора и анализа.

       Массив отечественных работ, касающихся этой темы, весьма велик. Так, в 2003 г. русскоязычная поисковая система <www.yandex.ru> на запрос ‘теория информации в биологии’ дала ссылки на 2016 Веб-страниц и 773 Веб-сайта. Выборочный анализ 100 таких ссылок показал, что преимущественно в этих отечественных Интернет- публикациях содержатся разнообразные философские соображения о живом и/или обобщённые математические модели жизни, но не постановки и попытки решения конкретных биологических задач.
       Поэтому в данной главе детально рассмотрены лишь такие концепции нескольких отечественных исследователей, которые соответствуют одновременно нескольким критериям, на взгляд автора - необходимым.
1. В них с позиций теории информации анализировались именно те фундаментальные биологические процессы, которые характерны для реальных биосистем на разных структурных уровнях их организации, а не только предлагались логичные описания и/или математические модели жизни и живого в целом.
2. Они были целостными многоаспектными системами идей и методов, создававшимися и публиковавшимися их авторами в течение многих лет, а отнюдь не эпизодами в их научном творчестве.
3. В отечественной и зарубежной историко-научной литературе они не освещались.
       В данной главе рассмотрена отечественная специфика теоретико-информационных подходов в биологии в целом, а затем изложены результаты нескольких таких ‘case studies’.
       История применений теории информации в нашей стране - как когнитивная, так и социальная, и личностная - весьма своеобразна и показательна. Здесь новые количественные подходы к разнообразным фундаментальным биологическим проблемам, глубокие междисциплинарные аналогии и концепции, противостояли идеологическим клише, а потому в этой истории немало было ситуаций парадоксальных и даже абсурдных - с позиций как рациональной науки, так и современного миропонимания. Конечно, для историков науки, особенно зарубежных, да и просто для любознательных читателей, могут представлять немалый интерес не только такие системы знаний и концептуальных поисков, но и такие своеобразные коллизии, нетривиальные взаимодействия когнитивных и социальных аспектов наук на почве самых глубоких проблем современной биологии.
       К тому же надо отметить, что из всей этой книги лишь данная глава содержит большой мемориальный фрагмент - воспоминания автора о своём собственном отце, Евгении Александровиче Седове (1929-1993). Приношу читателям извинения за эту нескромность, а также за изложение, в котором многократно фигурирует местоимение “я” и его производные. Полагаю, сам текст этого рассказа покажет, насколько здесь он необходим.
       Мой отец был специалистом по технике связи, электронике и кибернетике, с 1973 г. кандидатом технических и с 1989 г. доктором философских наук, в последние годы жизни – профессором Российского Открытого Университета. Он - автор многих статей и ряда научных и научно-популярных книг по теории информации и электронике. С 1950-х гг. буквально до последних дней его жизни (см. ниже) именно теория информации К.Шеннона стала не только одной из важнейших методологий его профессиональных исследований, приложений, разработок и популяризации, но и основой для созданной им целостной мировоззренческой концепции. Именно он - один из немногих в нашей стране - ещё в 1950-е гг. воспринял теорию информации как систему универсальных принципов мироздания, и далее всю жизнь создавал её разнообразные приложения - как концептуальные, так и прикладные. Его концепции - пример широкого междисциплинарного синтеза: предложенные им формулы касались феноменов космогонии, теоретической физики (в основном термодинамики), физической химии, а также биологии (в последние годы жизни - включая глобальную экологию), лингвистики, психологии, социологии. Важнейшее место в этом ряду занимало осмысление биологических явлений. Далеко выходя за концептуальные границы своих профессиональных работ по технической кибернетике и электронике, отец пришёл к такой оригинальной информационной философии мироздания, в которой он пользовался понятиями диалектики, однако перешагнул рамки официальной советской философии и даже вступил с нею в спор. В своих работах он доказывал, что понятие “информация” достойно статуса общенаучной, философской категории - не менее универсальной, чем понятия “материя”, “энергия”, “пространство”, “время”, “развитие” и т.п.. При этом он опирался на большой массив новых для тех лет конкретных достижений различных технических, естественных и гуманитарных наук - включая, как показано ниже, и осмысление разнообразных конкретных биологических явлений.
       Именно мне довелось стать очевидцем не только формирования этих идей, но и того, с каким трудом они пробивали себе путь в официальной науке советского периода. Поэтому, волею судьбы оказавшись живым свидетелем и “включённым наблюдателем”, я и должен описать то, что могу описать лишь я. “Если не я, то кто же, и если не сейчас, то когда же?”. Родившись в 1954 году, я оказался почти ровесником первых “прорывов” теории информации на территорию отечественной науки (см. ниже), будучи лишь на год моложе молекулярной биологии и молекулярной генетики - именно тех биологических наук, которые и по сей день не только очень тесно связаны с теоретико-информационным подходом, но и являются источниками конкретных информационных макромолекул, для анализа которых формулы теории информации нередко применялись и применяются. (Годом рождения этих разделов биологии считают 1953 г., когда Дж. Уотсон и Ф. Крик создали и опубликовали свою модель двойной спирали ДНК.). Огромные успехи этих наук, а также электрофизиологии нервной системы, психологии и лингвистики, отчасти находя отражения в научных и научно-популярных работах моего отца, с детства влияли и на моё развитие. Позже я оказался очевидцем своеобразных событий из истории этой области науки, имеющих самое непосредственное отношение к теме. Речь о них пойдёт ниже.
       Наряду с анализом работ Е.А.Седова, в данной главе рассмотрены теоретико-информационные работы и концепции профессиональных биологов разных направлений: морфолога-эволюциониста И.И. Шмальгаузена, молекулярного биофизика М.В. Волькенштейна, нейрофизиолога О.Г.Чораяна, физика-теоретика и биофизика Д.С.Чернавского. Из всех найденных автором отечественных работ, эти циклы работ - и лишь они - соответствуют всем названным выше критериям.

       Теория информации и биология в нашей стране и в мире.

       Далее логика рассказа потребует неоднократно нарушать историческую последовательность изложения событий, - “перемещаться во времени”, чтобы рассматривать то одни, то другие информационные идеи в биологии как в контексте тех, минувших десятилетий, так и ретроспективно - с позиций наших дней. Лишь это позволит как обрисовать когнитивную атмосферу прошлого, так и оценить прозрения и ошибки тех лет.
       Необходимо отметить, что теперь отечественные читатели могут вкратце ознакомиться и с глубоким “взглядом извне” на историю теории информации в СССР. Дело в том, что известный американский историк науки Лорен Р. Грэхэм написал большую интересную книгу о естествознании, философии и науках о человеческом поведении в СССР. Она издана и в России, на русском языке (Грэхэм, 1991), в издательстве политической литературы (вероятно, из-за того, что с самого начала либерализации нашей страны именно политические “науки” стали “модными” и по сей день пребывают в этом статусе - в ущерб наукам естественным и точным). Глава VIII этой книги называется “Кибернетика и компьютеры” и во многом посвящена полемике между философами и представителями конкретных точных и естественных наук, в том числе и по вопросам, касающимся теории информации. Свою, в целом очень дружественную, позицию по отношению к изученному им научному сообществу Грэхэм выразил словесно даже первыми тремя подзаголовками этой главы: “Советское стремление к рациональности”, “Наука рационального контроля”, “Возрождение надежд”. Грэхэм рассмотрел взгляды ряда философов советского периода и, в частности, упомянул одну из сравнительно ранних работ моего отца, Е.А.Седова. Цитирую дословно:
       “Тем не менее воодушевлённые сторонники кибернетики продолжали утверждать, что информация является всеобщим свойством материи и что эволюция материи от простейшего атома к наиболее сложной материальной форме - человеку может рассматриваться как процесс накопления информации. Таким образом, эти авторы связали воедино космогоническую, геологическую и органическую эволюцию в один процесс устремления материи, хотя бы в определённых положениях, к увеличению своего информационного содержания. Результатом было что-то вроде великой цепи бытия, лестницы в природе возрастающей сложности, хотя эволюционной вместо статической” (с.282).
Здесь в книге (Грэхэм, 1991) следует ряд ссылок и, в качестве основной, ссылка на (Седов, 1965).
       Лорен Грэхэм, с которым мы общались на одной из международных научных конференций в Петербурге, - известный крупный историк науки. Однако в целом его позиция в отношении акций советской “партийной администрации от философии” 1960-х - 1980-х гг., пытавшейся руководить умами и управлять развитием точных и естественных наук, и в значительной степени именно теорией информации, лично мне представляется слишком мягкой. Полагаю, что Грэхэму просто не удалось рассмотреть эту ситуацию в полном объёме. Ведь, по признанию одного из наших коллег (фамилию которого опускаю по этическим соображениям), в начале “перестройки” в московские архивы Л.Грэхэма сопровождал по специальному заданию “свыше” профессиональный историк науки, который “отфильтровывал” те документы, которые могли содержать государственную тайну или казаться содержащими таковую. Некоторые из опубликованных ранее сочинений идеологов от науки этот человек мог справедливо счесть позорными, и потому просто не предоставить их американскому исследователю.
       Кроме того, в отличие от Л.Грэхэма, будучи сыном Е.А.Седова, я был “включённым наблюдателем”, да и к тому же - одним из генетиков, росших в СССР, в Москве. Отец обсуждал со мною проблемы теории информации буквально с моего раннего детства (см. ниже) - дома, на так называемом досуге. (Для него, а затем для нас обоих, “досуг” обычно был полуночной интеллектуальной работой с авторучками и бумагой.). Причины негативного отношения многих наших соотечественников к официальной советской философии широко известны и в комментариях не нуждаются. В моём случае оно было вызвано ещё и характером дебатов с некоторыми философами о теории информации, рассказ о которых последует несколькими абзацами ниже. И если здесь мне, генетику и историку биологии, не удалось избавиться от субъективизма в оценках (впрочем, - любой субъект субъективен), то это - тоже факт из истории науки...
       Сначала рассмотрим общую картину становления теории информации на отечественной почве, которая видна из анализа публикаций тех лет.
       В СССР как теория информации в целом, так и ее приложения в биологии встретили ряд своеобразных препятствий. Во-первых, теория информации – это один из разделов кибернетики (так считали и Н.Винер, и А.А.Ляпунов), а кибернетика в нашей стране была объявлена лженаукой (подробнее - см. Шноль, 2001, с. 790-795). С другой стороны, в 1948 году теория информации зародилась в недрах техники связи и была изначально предназначена для управления летательными аппаратами - самолётами и ракетами: сам её создатель, Клод Шеннон, был специалистом именно в этой области. Естественно, отечественные военные и космические разработки не могли не опираться на эту теорию с момента её появления. Первая в Европе электронно-вычислительная машина была создана в нашей стране в 1951 г. (Шноль, 2001, с.793). Однако впервые работы по теории информации на русском языке – перевод статьи К.Шеннона и несколько работ А.А.Ляпунова – были опубликованы лишь в 1953 г.; они ограничивались насущными задачами техники и разработкой соответствующего статистического аппарата. "Реабилитацию" кибернетики означил ряд публикаций в "Вопросах философии" в 1955 г.. В этих статьях весьма ярко проступали характерные черты отечественной науки советского периода: даже в защиту кибернетики, весьма далёкой от политических проблем, приводились не только содержательные, но и идеологические аргументы. Например, по мнению одного из авторов, правомерность кибернетики как науки доказывал тот факт, что один из её создателей, Н.Винер, в своих публицистических статьях критиковал политику американских монополий (Кольман, 1955). В том же номере журнала в другой статье, одним из авторов которой был работавший в области теории информации известный математик А.А.Ляпунов, рассмотрена когнитивная структура кибернетики тех лет. Далее в ней говорится о недопустимости как “вульгаризации” аналогий между электронно-вычислительной техникой и центральной нервной системой, так и “нигилистического” отношения к кибернетике как к “идеалистической лженауке”. Авторы пишут: “…идея исследования и моделирования процессов, происходящих в головном мозгу, с помощью ЭСМ (электронно-счётных машин, предшествовавших компьютерам – прим. автора), глубоко материалистична”. (Соболев и др., 1955). Видно, что и здесь аргументация не могла быть свободной от советских идеологических установок тех лет.
       Дальнейшему становлению на отечественной почве кибернетики, включая теорию информации, способствовали работы в этой области крупных математиков - А.Н. Колмогорова, В.А. Котельникова, А.А.Ляпунова, А.Я.Хинчина - и их авторитет.
       Однако руководство страны продолжало пытаться осуществлять политический и идеологический контроль над всей наукой, утверждая, что наука должна быть “партийной”. Диалектический материализм (“диамат”) пропагандировался как “наука о наиболее общих законах развития природы, общества и мышления; научно-философское мировоззрение и общая методология познания объективного мира ... мировоззренческий и методологический фундамент современной науки, естественнонаучного и социального познания...” (“Советский энциклопедический словарь”, 1984, с. 388). Таким образом, это философское учение было объявлено единственно верным и универсальным - настолько, что его законы -якобы бесспорные и всегда применимые к анализу реальности - позволяют разрешать проблемы как философии природы, так и философии общества, и философии науки. На самом деле “диамат” был крайне далек от диалектики per se и крайне туманен в отношении материализма. Известно, что термин “диалектика” предложили еще философы античной Греции, и относили они его не только к “трём законам диалектики” – слишком общим, чтобы служить для конкретных прогнозов в рамках каких-либо научных проблем – но и к логике и этике спора, к самой методологии бинарных оппозиций. Насколько основательно это было забыто большинством официальных советских философов, могут засвидетельствовать все те, кто присутствовал на дискуссиях и защитах диссертаций о философских аспектах кибернетики в 1950-х - 80-х гг. – в частности, и автор этой статьи. (Один пример такой дискуссии - защита диссертации Е.А.Седова - описан ниже). Что же касается материализма, то, например, опираясь на данное В.И. Лениным определение: ”материя есть объективная реальность, существующая независимо от нас и данная человеку в его ощущениях”, сами галлюцинаторные образы в мозгу больного (а не только их биохимические и нейрофизиологические субстраты) можно считать вполне материальными, а не ощущаемые органами чувств электромагнитные поля – чисто идеальными...
       Особенно трудно стало философам-марксистам вести диалоги с представителями всех сфер науки – естественной, гуманитарной и технической - тогда, когда стало ясным, что нередко можно изучать функции и прогнозировать поведение и состояния сложных систем - физически самых различных, - моделируя их “идеальные” процессы (в значительной степени информационные, включая виртуальные - говоря языком последних лет) и при этом даже не всегда обладая знаниями об их “материальном субстрате”. Именно на таком подходе базируются многие науки и концепции, зародившиеся и развивавшиеся в ХХ веке, и именно эти науки были вызвали наибольшее противодействие со стороны представителей марксистской философии. К таким наукам относятся квантовая механика, генетика, кибернетика (включая теорию информации), теория относительности, недарвиновские концепции химической и биологической эволюции, многие аспекты нейробиологии, экологии, зоопсихологии, когнитивной психологии, социологии и теоретической экономики.
       В контексте нашего исследования интересно то, что многие из этих областей науки были наиболее “чувствительными” к теоретико-информационному подходу, и многие из них являются разделами биологии.
       Подавляя или возвеличивая отдельные области, концепции и направления науки, под влиянием политической “оттепели” середины 1950-х – начала 1960-х гг. власти СССР выработали более “мягкие” методы идеологического управления научным сообществом страны. Это были отдельные мероприятия и целые общегосударственные кампании, именовавшиеся дискуссиями. Целью их была проверка тех или иных положений теоретических и экспериментальных наук на их соответствие постулатам “диамата”, а тех, кто экспериментально или теоретически доказывал положения, противоречащие этим постулатам – на готовность поступиться новыми добытыми истинами, чтобы продемонстрировать “идейность” и этим сохранить свой социальный статус. Одно из таких событий, свидетелем которой я стал, описано далее в этой главе.
       До середины 1970-х гг. в официальной советской науке представления о том, что “диамат” может и должен служить основой всей философии науки, защищало большинство отечественных философов; в философской среде их называли ”онтологистами”. Затем с большим трудом стал укореняться эпистемологический подход, и “диамат” все более ограничивался рассмотрением “чисто философских” проблем – логики, методологии и теории познания.
       Однако и позже отношения отечественных философов к концепциям информации были полярными: позитивизм представителей естественных, технических и конкретных гуманитарных наук столкнулся с претензиями марксистов на абсолютное владение абсолютной истиной. В контексте негэнтропийной концепции информации, развивающейся с работ Л.Бриллюэна 1960-х гг., понятие информации и его антоним, понятие энтропии, по своей универсальности вполне могли считаться философскими категориями, созвучными древней антиномии “логос/хаос” и - судя даже лишь по рассмотренным далее в этой главе работам нескольких авторов - ничуть не менее операциональными, чем пара “материя/сознание”. К тому же при этом количественный информационный подход, вкупе со структурно-функциональным кибернетическим, воспринимался как общий для широчайшего круга наук – от статистической физики, термодинамики и теории связи, в рамках которых он зародился благодаря работам Л.Больцмана и К.Шеннона, до генетики, нейрофизиологии, экологии и социальных дисциплин. Этот подход мог стать основой для новых философских систем, если и не противоречивших "трём законам диалектики" и "ленинской теории отражения", то значительно более конкретных и прогностичных, а потому -гораздо более привлекательных для представителей точных и естественных наук.
       Отметим, что “отражение” – это перевод с латыни термина “рефлекс”, введенного еще Р.Декартом в 1680 году. В своём оригинальном, латинском виде этот термин стал удачным названием нейробиологического феномена, широко известного начиная с физиологических работ И.Павлова начала XX в.. Это же слово в его картезианском смысле использовал В.Ленин в так называемой “теории отражения”. По сути, эта “теория” была пересказом картезианских механистических взглядов конца 17 века, за 220 лет уже ставших архаичными. По пути в Россию мысли Р.Декарта претерпели два перевода: с французского на немецкий, а с немецкого - на русский. Суть их Ленин крайне упростил - для использования в качестве основы для наукообразной идеологии, понятной и революционерам, и “широким массам рабочих и крестьян”. По мнению нейробиологов и психологов, исследованиям сознания эта “теория” не дала абсолютно ничего. (См., например, Корочкин, 1993, главы 3, 4.).
       И вот с 1950-х гг. именно это так называемое “отражение” тоже начало становиться областью удачных применений теории информации.
       С тех пор количественные, иногда теоретико-информационные, подходы к исследованиям элементарных неврологических и психических событий используют и сейчас (Кулаичев, 2002). Например, иногда современные электрофизиологи, записав и измерив электрические сигналы, проходящие по тем или иным одиночным нейронам, вычисляют и количества бит информации в них. В Интернете (в базе данных PubMed) есть рефераты серии таких исследований, которые проводят с начала 1990-х гг. на одиночных нейронах коры головного мозга мартышек, составляющих ту подсеть коры, которая ответственна за распознавание различных человеческих лиц по фотографиям. (В эволюции животных эта способность появляется лишь у обезьян). Безусловно, такое распознавание - это одна из сложнейших невербальных высших психических функций. И вот к нему тоже применяют подход, базирующийся на классической информационной модели К.Шеннона.
       Вернёмся в 1950-е - 1970-е годы. Уже тогда философские противопоставления "материи" и "бытия" сознанию выглядели куда менее нужными для понимания работы и развития сложных систем - естественных (включая живые) и технических, - чем анализ путей передачи информации и вычисления её количеств. Лингвисты, специалисты по связи, а затем психологи, стали вычислять количества хранимой и передаваемой информации в различных каналах связи и текстах. Вскоре биологи стали пытаться применить эти подходы к тем кодирующим структурам в живых организмах, которые сходны с текстами (к ДНК, РНК и белкам) или с сетями связи (к нейронным сетям).
       Как правило, в 1960-х-80-х гг. советские философы - Н.Жуков, М.Сетров, В.Тюхтин, А.Урсул и многие другие - активно противостояли такому “расширительному толкованию” понятия информации. Так, Н.Жуков опасался, что “...подобное расширительное толкование в итоге может привести, например, к ошибочной трактовке кибернетики, как науки об отражении, и возведению информации в ранг философской категории.” (Жуков, 1968, с.44). Эта цитата ясно демонстрирует, что эти опасения были исключительно “идейными”, вполне в духе аргумента гротескного чеховского персонажа: “Этого не может быть, потому что не может быть никогда!”. Вот ещё более яркая цитата, демонстрирующая “идейную непримиримость и боевитость” советских философов в отношении философского смысла понятия “информация”: “В истории борьбы материализма и идеализма вопрос о сущности информации имеет особо большое значение. Можно с уверенностью сказать, что в наше время трудности решения этого вопроса стали одним из последних прибежищ идеалистических взглядов на мир, именно здесь разворачивается “последний бой” между двумя непримиримыми формами мировоззрения: идеалистическим и материалистическим. Поэтому необходимо поддержать А.Д.Урсула в его призыве к советским философам “резко усилить аргументированную критику идеалистических спекуляций в области кибернетики и теории информации” ” (Сетров, 1975).
       Отметим, что здесь кроется своеобразный языковый парадокс. Широко употребляемое в английских текстах слово ‘speculation’ и его латинский прототип означают “логическое умозаключение” и потому вовсе не несут того инвективного значения, которое часто имели в виду Сетров и его коллеги - советские философы, говоря о “спекуляциях” в тех или иных науках. В частности, именно этим словом в 1920-е гг. Дж. Холдейн охарактеризовал собственную концепцию происхождения жизни, которую зарубежные биологи по праву называют “теорией Опарина-Холдейна”. Широко употребляемые понятия ‘speculation’ и ‘simulation’ означают вовсе не “спекуляцию” и “симуляцию” в тех смыслах, в каких они стали употребляться в нашей стране. Это - частичные синонимы слова “моделирование” - соответственно, вербального и имитационного. Иными словами, изначальный смысл этих слов вполне перекликается с задачами кибернетики. В приведенной выше русскоязычной цитате, однако, это было явной инвективой.
       Процитированная выше книга М.Сетрова целиком посвящена информации в биосистемах, что и отражено в её названии. Судя по многим местам в этой книге, - автор её, профессиональный философ, неоднократно пытаясь на её страницах обсуждать природу наследственных изменений, не владел термином “мутации”, просто необходимым для этого контекста. И это в 1975 г., - к моменту, когда биологи изучали мутации вот уже более полувека. Это – весьма характерный пример отношения советских философов к конкретным биологическим знаниям. Книга М.Сетрова удивляет ещё и незнанием основ логики: пытаясь снабдить её всеобъемлющим глоссарием, где все термины объясняли бы “друг друга”, Сетров забыл (или не ведал) широко известную теорему Гёделя о неполноте. Желающие убедиться в столь прискорбной особенности творения М.Сетрова могут вслед за автором этих строк раскрыть словарь в конце названной книги и, как при решении систем уравнений, подставить одни объяснённые понятия в объяснения других и увидеть, как в этой системе понятий “зияют дыры”. К сожалению, всё это касается обсуждения природы биологической информации.
       Однако ещё за четверть века до книги Сетрова, в конце 1950-х гг., именно те экспериментальные, логические и технические подходы, которые Сетров 20 лет спустя назвал “спекуляциями”, уже стали настолько практически значимыми не только для техники связи, но и для психофизиологических исследований, что использовать идеологические мотивы для административных запретов на научные исследования было бы крайне неразумно: СССР мог “проиграть” в прикладных разработках, объектами которых служили самые разнообразные информационные системы, а значит – и в “холодной войне”, и в гонке вооружений. Речь здесь идёт не только об электронике и средствах связи, но и об изучении мозга и психики (в том числе и с целью ими манипулировать). Поэтому были найдены компромиссные решения, сочетавшие идеологическую толерантность с конкретными исследовательскими задачами и программами: некоторые отечественные психологи, исследуя восприятие сигналов человеком (например, А.Леонтьев и представители его школы), писали об “отражении” в аспекте, традиционном для советской философии, и при этом применяли количественные методы теории информации. В одной из таких работ измеряли время реакции на сигналы в зависимости от вычисляемого по Шеннону количества информации в них; при этом удалось выявить тормозящий эффект ориентировочной реакции на редкий сигнал (Леонтьев, Кринчик, 1962).
       Подобная ситуация сложилась и с перспективами исследовать другой класс биологических информационных систем - информационные макромолекулы (ДНК, РНК и белки). Генетика, изучение феноменов наследственности, давала перспективы создания новых промышленных штаммов, сортов и пород. Эти исследования были нужны для военных целей (судя по архивным материалам, для решений возрождать генетику и развивать молекулярную биологию в нашей стране в начале 1960-х гг. именно эта мотивация была ведущей - см. Левина, Седов, 2000), а также для медицины, сельского хозяйства и пищевой промышленности.
       Судя по всему, благодаря этим потребностям и задачам в 1960-х гг. были переведены на русский язык и опубликованы в виде книг материалы трёх крупных западных международных конференций по теоретико-информационным подходам в биологии (“Теория информации в биологии”, 1960; “Концепция информации и биологические системы”, 1966; “На пути к теоретической биологии. I. Пролегомены.” 1970). К сожалению, эти 3 большие книги - лишь “капля в море”: это очень малая часть того, что обсуждалось и публиковалось на эти темы за пределами СССР - как на многочисленных международных конференциях, так и в виде книг и статей. Так, продолжением книги “На пути...” были ещё 2 конференции и 2 соответствующих книги; на русский язык они не переведены. Да и “Пролегомены” были переведены и опубликованы благодаря энтузиазму очень прогрессивного академика Б.Л.Астаурова - сторонника новых идей в биологии.
       Как было отмечено в предыдущих главах, годом рождения теории информации считается 1948 г., когда была опубликована широко известная работа Клода Шеннона “Mathematical theory of communications”; на русском языке она была опубликована лишь в 1963 г. (см. Shannon, 1948). Кстати, сам К.Шеннон был в строгом смысле полным американским коллегой моего отца, Е.А.Седова, работы которого будут рассмотрены в этой главе. Ещё во время второй мировой войны К.Шеннон работал в технике связи, и свою теорию создал (вместе с методологом науки Уорреном Уивером, о котором, увы, нередко забывают) именно в те годы, когда мой отец со школьной скамьи выбрал МАИ и поступил туда, чтобы заниматься подобными проблемами и изобретениями. К сожалению, по окончании МАИ распределение на работу и у отца, и у его сокурсников не имело альтернатив: все они поступили лишь в “почтовые ящики” - в секретные институты, работавшие по военным заказам. И далее - всю жизнь - отец стремился уйти в “открытую” науку...
       Именно в эти годы, в конце 1940-х – начале 1950-х годов, биологи сделали важнейшие шаги к пониманию принципов работы важнейших информационных систем в живых организмах: биоэлектрической проводимости в нейронах и нервах и молекулярных основ наследственности. Именно эти биосистемы не без успеха интерпретировались, соответственно, как каналы связи и как кодируемые сообщения.
       Несколько слов к вопросу о значении теории информации для исследований нейронов, мозга и психики. Будучи по образованию генетиком, насколько это удаётся, я стараюсь расширять научный кругозор, включив в него различные аспекты нейробиологии. В 1997 году я прочитал студентам Института психоанализа свой авторский 140-часовой курс лекций о структурах и функциях нервных систем, где популярно излагал основы современных представлений о системах перцепции и о нервной системе в аспектах анатомии, физиологии, нейробиохимии, нейроцитологии, нейроэндокринологии, нейроэмбриологии, онтогенеза и эволюции. Однако всё же я не являюсь специалистом в современной исследовательской нейробиологии, и поэтому профессиональный анализ истории развития всей совокупности работ по применению теории информации для нейронных каналов связи - задача выше уровня моей квалификации. Ведь такие работы нельзя понимать и обсуждать, не владея ни представлениями о тонкостях экспериментальных работ, ни сложным специальным математическим аппаратом - методиками вычисления количеств информации по сложным экспериментальным кривым нейронных импульсов. Соответствующий математический аппарат включает разложение их частотных компонент по Фурье и многое другое, что роднит специалиста по технике связи (в частности, моего отца) с физиологом нервной системы и в чём генетик неизбежно оказывается профаном. Интересующиеся этой областью знаний в контексте истории науки могут ознакомиться далее в этой главе с кратким анализом лишь одной монографии, полностью посвящённой попыткам внедрить методы и концепции теории информации в нейрофизиологию (Чораян, 1981). Тем же, кто интересуется этими подходами на более современном этапе, следует обратиться с соответствующими запросами в Интернет - в рефераты базы данных ‘Pubmed’. Для ознакомления с анализом сигналов в нейрофизиологии на современном этапе рекомендую новую книгу (Кулаичев, 2002), - не содержащую никаких вычислений информации по Шеннону, однако целиком базирующуюся на информационно-кибернетических методах.
       В отношении социальной истории этого раздела науки в нашей стране можно констатировать, что большинство электрофизиологических исследований нервной системы, особенно центральной, связаны с “острыми” опытами и потому связаны с проблемами биоэтики - стремительно развивающейся в последние годы междисциплинарной области исследований, лежащей на пересечении различных разделов биологии и медицины, юридических наук, логики и философии (см. “Введение в биолэтику”, 1998); в развитых странах разработаны законодательства и правила, регулирующие с позиций биоэтики эксперименты на животных (Копаладзе, 1998). В контексте нашего исследования важно то, что такие исследования чаще всего происходили в “закрытых” учреждениях, так как их конечной целью было осуществление манипуляций поведением животных и человека. Результаты их могли быть направлены как на лечение тяжёлых неврологических недугов, так и на куда менее гуманные цели. Из московских лабораторий, в конце 1970-х гг. занимавшихся проблемами воздействий информационных макромолекул на работу центральной нервной системы, упомяну ЦНИЛ 4-го Управления, базировавшуюся в той самой Кремлёвской больнице, в которой лечились представители верхних эшелонов власти СССР. В этой лаборатории Г.Бакалкин и его коллеги изучали действие специфических нейропептидов на рефлекторные системы.
       В отношении же информационно-кибернетических подходов к явлениям наследственности, положение в нашей стране было особенно сложным: гонения на генетику продолжались вплоть до середины 1960-х гг.; Т.Д,Лысенко, а с ним и вся официальная советская наука, отрицали сам факт наличия молекулярных носителей наследственной информации. И даже после расшифровки ДНК-белкового генетического кода американскими исследователями, в СССР потребовалось ещё 2-3 года, чтобы начать направленно “реанимировать” генетику, при этом - вслед за зарубежными коллегами - приступив и к изучению её молекулярных основ (см.,например, Гайсинович, 1988; Левина, Седов, 2000). Именно в этот период и были переведены на русский язык и опубликованы названные выше материалы зарубежных конференций по применению информационных подходов в биологии.
       Здесь мы кратко остановимся на формировании информационных подходов в мировой биологии и генетике, чтобы обрисовать общую картину - тот когнитивный фон, на котором развивались весьма специфические для нашей страны взгляды на наследственную информацию.
       Строго говоря, первым биологом - исследователем, который пришёл ко вполне информационной идее линейного кодирования биологических смыслов, был Август Вейсман. Ведь именно он опубликовал в своих книгах 1887 и 1891 гг. собственные рисунки, на которых были изображены линейно сцепленные в хромосомах и рекомбинирующиеся в мейозе “иды” и “детерминанты” (см. Гайсинович, 1988, с.171,172). В самом начале ХХ века идеи о том, что существуют макромолекулы, устроенные как тексты, высказывали М.Кассовиц (M.Kassowitz) и А.Коссель (A.Kossel). Несомненно “текстовой” была гипотеза Н.К.Кольцова об организации структур наследственности, опубликованная в 1926 году. Вплоть до конца 1940-х гг. биохимики, пытавшиеся понять великие достижения бурно развивавшейся классической генетики путём поиска “материального субстрата” генов, придерживались ошибочной “белковой версии центральной догмы”. Это - пример применимости обсуждавшегося выше подхода к сложным системам как к “чёрным ящикам”, предложенного Н.Винером: в информационных процессах многое можно понять, даже не зная, что является их физическим субстратом. И лишь наш соотечественник, академик А.Н.Белозерский, упорно шёл к пониманию великой истины: роли ДНК и РНК в кодировании и реализации наследственной информации. (см. Левина, Седов, 2000; здесь - в Главе 11*.).
       Именно тот период, когда в мире стремительно развивалась классическая генетика, в СССР был полон печальных и позорных событий. Гонения начались на экологию и биогеохимию, но особенно тяжёлая участь постигла отечественную генетику. Абсурдная травля генетики и генетиков в нашей стране длилась и усиливалась десятилетиями (см. Гайсинович, 1988). Эти преследования начались еще в 1930-е годы; после сессии ВАСХНИЛ 1948 года (материалы её - “О положении в биологической науке”, 1948) они не только ещё более усилились, но и стали сопровождаться идеологической экспансией на многие другие биологические дисциплины – физиологию растений, физиологию обмена веществ, перцепции и нервной деятельности, концепции зарождения жизни, эволюции, вопросы вирусологии и цитологии. (См., например, “Философские вопросы…”, 1951.). Эти явления длились в СССР почти два десятилетия - до 1962-64 гг.– до тех самых лет, которые в мировой науке были отмечены бурным развитием молекулярной биологии и молекулярной генетики: расшифровкой универсального ДНК-белкового кода, открытием и анализом оперонов.
       В условиях гонений все экспериментально-аналитические генетические исследования были невозможны (за исключением закрытых, связанных с радиационной генетикой - см. в Главе 11* о Р.Б.Хесине). А потому почти не было и публикаций с попытками применить теорию информации для анализа феноменов наследственности, а потому - и онтогенеза, и эволюции.
       Между тем, зарубежные экспериментальные исследования всё ближе подводили биологов к анализу информационных носителей наследственности и тем самым - к информационным представлениям.
       В 1944 г. О.Эйвери, М.МакЛеод и М.Маккарти экспериментально показали, что наследуемые свойства бактерий – то, что мы называем наследственной информацией - можно изменять (трансформировать) посредством ДНК; в 1950 г. А.Херши и М.Чейз доказали, что именно ДНК бактериофага переносит его генетическую информацию бактериям, а Э.Чаргафф определил и сформулировал важнейшие правила соотношений нуклеотидов в любых ДНК, ставшие предпосылками той модели ДНК, которую построили Ф.Крик и Дж.Уотсон в 1953 г. и которая стала необходимой для понимания важнейших свойств ДНК: кодирования и копирования наследственной информации.(Подробнее об этих событиях - см. Нобелевскую лекцию М.Вилкинса (Гершкович, 1968, с.576-590); а также историко-научную монографию (Гайсинович, 1988). Поэтому именно 1953 год считается годом зарождения молекулярной биологии. В нашем контексте - важно подчеркнуть, что молекулярная биология - это именно тот раздел биологии, в котором изучаются структуры и функции апериодических кодирующих биополимеров, которые затем были даже названы именно “информационными макромолекулами”. Это название, - точнее говоря, обобщающее определение – вошло в научный обиход лишь в начале 1960-х гг., в годы расшифровки триплетного кода, которым в генах закодированы белки: сначала, в 1961 г., С.Шпигельман предложил термин “информационная РНК”, а в 1963 г. это прилагательное охватывало уже ДНК, РНК и белки. (см. : “Informational macromolecules…”, 1963; Rieger at al., 1991). В эти же годы - в начале 1960-х - Ж. Моно и Ф.Жакоб на базе точных экспериментов выявили схему работы оперона – биохимико-генетической единицы, саморегулирующейся посредством отрицательной обратной связи и потому способной адекватно отвечать выработкой нужных количеств кодируемых ею ферментов на различные концентрации их субстратов или продуктов. Как известно, эта по сути кибернетико-генетическая работа заслуженно получила Нобелевскую Премию в начале 1960-х гг..
       Однако в нашей стране и эта работа, наряду со взглядами на информацию как на единую философско-методологическую категорию, подверглась критике (Жуков-Вережников, 1968). В отличие от М.И.Сетрова, Н.Н.Жуков-Вережников работал в областях экспериментальной биологии - в космической цитологии и в микробиологии - и потому мог в некоторой степени пытаться осмыслить логику экспериментальных работ. Тем не менее, и он был крайне далёк от понимания современной ему экспериментальной молекулярной генетики. Эта книга называется всеобъемлюще - “Теория генетической информации” - но не содержит конструктивного анализа и даже изложения всего того, что ко времени её публикации уже было наработано мировой экспериментальной молекулярной биологией: моделей оперонов, анализа принципов кодирования белков. В целом автор пытается доказать, что генетическая информация является не частным случаем информации вообще, а некоей особой сущностью.
       На примерах из нейрофизиологии и генетики видно: те советские философы, которые решались обсуждать проблемы этих наук, явно полагали, что диалектический материализм - это столь всеобъемлющая философская система, что и они благодаря ему не могут не обладать априорным интеллектуальным превосходством надо всеми представителями зарубежной науки, и потому их критика и информационных концепций, и тех экспериментов и моделей, на которых они базируются, с неизбежностью должна получаться необходимой и конструктивной.
       По сути - пусть даже имплицитно (без использования слова “информация” и его производных) - информационными, т.е. в принципе соответствующими концепциям К.Шеннона, являются все представления наследственных структур как линейных кодов, имеющих направление считывания. Это направление на ДНК задаётся однозначно: от 5’- к 3’-концу. Впрочем, как мы знаем теперь, некоторые из участков ДНК являются текстовыми палиндромами (сайты рестрикции, двунаправленные промоторы), или же симметрично изменяют конформацию ДНК вокруг себя (энхансеры и сайленсеры), и поэтому интерпретируются они клеточными системами симметрично по обеим нитям ДНК в обе стороны; другие же считываются по одной нити в цис-положении, однако узнаются белками и интерпретируются “аккордами” (промоторно-операторные сайты, те же энхансеры и сайленсеры).
       Анализ истории исследований литеральной генетической информации - даже если ограничиться любым десятилетием из последнего полувека - потребовал бы написания даже не большой монографии, а огромной специальной энциклопедии. Ведь даже анализ лишь научной периодики показывает, что регулярно публикуют статьи на эти темы почти 100 научных журналов мира. А, например, каждый том лишь одного из них - выходящего уже несколько десятилетий ежемесячника ‘Nucleic Acids Research’ - это толстая книга. Поэтому, не погружаясь в эту “пучину знаний”, мы дадим здесь лишь три группы ссылок последних лет, доступных читающим по-русски и обобщающих работы по геномной биоинформатике.
       Первая группа (не в хронологическом, а в пропедевтическом смысле) “интегрирована” в работе Э.Н.Трифонова. Автор её - уроженец нашей страны, с середины 1970-х гг. живущий и работающий на кафедре структурной биологии в Вейсмановском Институте Науки (Реховот, Израиль); он - один из самых выдающихся специалистов нашей планеты по проблемам кодирования смыслов в ДНК. Э.Н.Трифонов нередко приезжает в Россию, и цитируемая работа опубликована здесь, на русском языке. В ней автор предлагает многоаспектную классификацию множества разнообразных генетических кодов и их основных взаимодействий (Трифонов, 1997)..
       Кстати, вошедший во все учебники термин “генетический код” давно устарел: ведь участки, интерпретируемые системами клетки как триплетные коды цепочек аминокислот - это лишь подмножество генетических кодов, и поэтому правильнее было бы в том узком смысле, который для этого широкого термина стал общеупотребительным, говорить и писать “белок-кодирующее подмножество генетических ДНК-кодов”.
       Вторая ссылка - это большой сайт в Интернете, который создали и развивают коллеги автора этих строк, живущие и работающие в России и США: А.Миронов и М.Гельфанд (Москва, Россия; руководители многолетнего научного семинара, авторы и преподаватели институтских спецкурсов и исследовательских программ по этой проблематике) и П.Певзнер (Сан Диего, Калифорния, США; участник неофициального регулярного домашнего семинара, еженедельно проходившего дома у автора этих строк в 1984-1987 г. ). Названные исследователи - первоклассные программисты, со студенческих скамей занимающиеся компьютерным анализом генетических текстов. А.Миронов - создатель и руководитель одной из двух сильнейших научных школ по этой проблематике (наряду с обсуждаемой ниже новосибирской школой, созданной В.А.Ратнером). Сайт, созданный этими авторами и названный ими “PROCRUSTES” (“ПРОКРУСТ”) - это снабженная интересной текстовой оболочкой система компьютерных программ, позволяющих распознавать в протяжённых участках ДНК гены - невзирая на осложнения, вызываемые физической “разорванностью” белок-кодирующих участков в ДНК эукариот - их интрон-экзонной организацией, связанной с процессами посттрансляционного сплайсинга. (Подробно об этих терминах и о стоящих за ними явлениях - см. Голубовский, 2000; Rieger at al., 1992). Этот программный продукт создавался “здесь и там” и в настоящее время интегрирован в Интернет-среду. Среда эта содержит и другие лучшие компьютерные программы по ДНК-биоинформатике, а также “стоящие под ними” всемирные банки данных: GenBank - главную мировую компьютерную коллекцию геномных текстов, в которой хранятся миллионы реферированных классифицированных записей, содержащие миллиарды нуклеотидов из геномов самых разных живых организмов, и Swissprot - банк реферированных первичных белковых “текстов”, каждый из которых изоморфен участку соответствующего гена. Разумеется, эти два огромных банка данных с колоссальными массивами генетической и обусловленной ею белковой информацией - первичных структур информационных макромолекул, или кодирующих апериодических биополимеров - легко найти в Интернете, набрав их названия, приведенные выше.
 Интернет- адрес системы “ПРОКРУСТ”:
http://www-hto.usc.edu/software/procrustes/fans_ref
 Интернет- адрес её старой - русскоязычной - версии:
http://eimb.rssi.ru
       Применениям различных компьютерных методов анализа нуклеотидных последовательностей в ДНК, включая методы, базирующиеся на применении теории информации, посвящён большой обзор упомянутого выше нашего соотечетсвенника (Gelfand, 1992).
       Ещё одна ссылка, - даже, точнее, снова система ссылок - это работы исторически первой в нашей стране новосибирской научной школы компьютерной генетики, основателем которой был академик Вадим Александрович Ратнер. В середине 1970-х гг., ещё будучи студентом, автор купил и прочитал замечательную книгу В.А.Ратнера “Анализ молекулярно-генетических систем управления”. В 1984-87 гг. я не только фактически, но и официально работал в этой же области знаний, позже получившей название “генная биоинформатика”, - был младшим научным сотрудников ВИНИТИ ГКНТ и АН СССР, а фактически всё время работал в Институте молекулярной генетики АН СССР, создавая отечественные и редактируя импортные базы данных по последовательностям нуклеотидов и аминокислот, выделенным к тому времени из ДНК, РНК и белков различных организмов и “прочитанным” молекулярными генетиками и генными инженерами многих стран мира. Летом 1984 г. я имел счастье выступать с двумя докладами в Новосибирском Академгородке, в Институте цитологии и генетики СО АН СССР (теперь СО РАН), где работали В.А.Ратнер и его ученики. Я познакомился и подружился с ними, а впоследствии и сотрудничал, помогая в информационном компьютерном поиске из Москвы. С тех пор представители этой школы написали и опубликовали множество глубоких и интересных статей и несколько коллективных монографий. В лежащей перед Вами книге затрагиваются и проблемы эволюции, поэтому из книг этой школы упомяну три - на эти темы (Ратнер и др., 1985; Ratner et al.,1995; Родин, 1994)
       Уже к середине 1980-х гг. научная школа В.А.Ратнера охватывала не только компьютерные и экспериментаторские лаборатории Института цитологии и генетики, но и ряд лабораторий в прикладных генетических и вирусологических институтах близ Новосибирска, к сожалению, “закрытых” - работавших по военным заказам. Однако сотрудники и этих лабораторий, будучи честными увлечёнными исследователями, ставили перед собой иные - познавательные - цели.
       В настоящее время дело В.А.Ратнера продолжают его ученики, которыми руководит профессор Н.А.Колчанов, заведующий отделом теоретической генетики Института цитологии и генетики (ИЦиГ СО РАН). Интересующиеся могут ознакомиться со многогранными и многочисленными публикациями названных авторов и их учеников на английском и русском языках, тоже разыскав их посредством Интернета.
       Анализу попыток применения в период СССР теории информации к эволюции биосферы посвящена монография (Колчинский, 1990). Современные представления об информационных аспектах генетических процессов, роли вирусов и нестабильных генетических элементов в эволюции, рассмотрены в двух разделах в (Голубовский, 2000 - с. 184-201.). Оба этих автора - биологи, историки генетики и эволюционных концепций; информационная парадигма привлекает их не как количественный подход, а как способ логичного концептуального анализа биосистем.
Далее в этой главе рассмотрены те циклы работ нескольких наших соотечественников, в которых сделаны попытки применить теоретико-информационные представления и модели для анализа конкретных биологических явлений.
       
Работы Е.А. Седова: от конкретной кибернетики - к информационной философской картине мира.

       Здесь уместно рассказать о работах моего отца. Дело в том, что именно он, не будучи биологом, был одним из немногих исследователей, в те годы применявших теоретико-информационные формулы и концепции для максимально широкого междисциплинарного синтеза, включавшего и ключевые проблемы биологии. Более того, - именно он осмелился доказательно придавать понятию “информация” статус универсалии, важнейшей философской и естественнонаучной категории, в 1960-е - 1990-е гг., в эпоху диктата “диамата” и “истмата” - формально вынужденно делая это как бы в рамках этих “наук”. (Впрочем, себя он считал философом-диалектиком, однако при этом скептически и критически относился к антиномии “материализм/идеализм”.).
       Разумеется, субъект не может быть “объективным” - тем более в жанре личных мемуаров. К тому же в отношении теории информации именно моя “субъективная колокольня” была уникальным наблюдательным пунктом. По этой же причине мой рассказ о собственном отце с неизбежностью имеет некоторые черты художественного повествования. Поэтому я приношу читателям извинения за выход за рамки строгого академического стиля. Ведь далее пишу я о моём родном отце - друге, коллеге и учителе sensu lato, умершем 11 лет назад. Наш дом стал своеобразной научной школой, состоявшей из одного учителя и одного ученика-сына, порой внимавшего каждому слову, а порой горячо спорившего с родным отцом.
       По-видимому - как и многих наших коллег - в биологию меня привело глубокое чувство родства со всеми живыми существами. Ещё не умея ходить и говорить, я приходил в восторг при виде любых животных, и в 6-летнем возрасте без чьей-либо подсказки решил стать биологом. Моя первая встреча с теорией информации, оказавшая на меня очень сильное влияние, произошла незадолго до того, в 1958 году, когда мне было 4 года. Случилось это так.
       Я болел то ли краснухой, то ли скарлатиной, и отец оставался со мной. Тогда он создавал первые свои тексты, ставшие позже главами книги о теории информации “Репортаж с Ничейной Земли” (Седов, 1963, 1966). Пытаясь занять и увлечь больного ребёнка, отец стал читать вслух главу о вероятностях, о чёрных и белых шарах в ящике, попутно вопросами проверяя, насколько я хотя бы что-либо из этого ”схватывал”. Помню, как сквозь болезнь я силился понять отца и чувствовал, что мы обсуждаем нечто, пользуясь языком взрослых, крайне фундаментальное и мировоззренческое. Пару дней спустя жар спал. Помню солнечный весенний свет в окне, воспоминание о тех самых шарах, и тут же - внезапную идею: зачем мне спрашивать у родных, как звучат буквы? (Родные не хотели получить “вундеркинда” и потому старались не посвящать меня в таинства алфавита.). Ведь я уже знал наизусть, как звучат несколько первых четверостиший из великой книги К.Чуковского “Мойдодыр”! Тут же я схватил это бессмертное произведение и спешно стал добирать из него алфавит. А когда - через несколько дней или недель - папа нёс меня на руках, и я ему продемонстрировал, что могу читать передовицы газет на стендах, стоявших в те годы на улицах, то он чуть меня не уронил. В ужасе доставив дитя матери, он констатировал, что чадо не уберегли: всё-таки получился вундеркинд. А ведь он меня сам “когнитивно растормозил” своим захватывающим рассказом о шарах и частотах!
       Вскоре после первого издания книги “Репортаж с Ничейной Земли” (Седов, 1963), в которой обсуждалось немало рассмотренных ниже примеров информации в биологии, она была переведена и издана в Японии; экземпляр был прислан автору. Он очень захотел сердечно поблагодарить японских коллег за эту высокую честь и внимание к его творчеству. Но в те годы, как и значительную часть своей жизни, он был в “допуске”. Тогда, начиная со студенческой скамьи вплоть до 1974 года, он работал в “ящике” под названием МКБ “Кулон”, где создавались электронные устройства, передававшие информацию с помощью гиперзвуковых волн, а также устройства космической связи. Следует напомнить, что частной переписки с “капстранами” тогда практически не было, и если бы отец послал в Японию письмо с такой благодарностью сам, то оно вовсе не покинуло бы Москву, а вернулось бы “под прицел” КГБ. Поэтому отец обратился к начальнику своего отдела кадров с просьбой о разрешении послать благодарственное письмо в Японию. А тот, в свою очередь, запретил ему выразить эту элементарную человеческую признательность. Вот так - благодаря усердию чекистов - “за рубежами” СССР создавалось крайне нелестное мнение о человеческих качествах наших авторов - вопреки их собственным воле и принципам.
       Здесь нельзя не упомянуть о множестве графических иллюстраций во втором издании этой книги (Седов, 1966): их вполне можно рассматривать как факт истории науки. Сами по себе эти рисунки представляют набор очень образных визуальных представлений (отчасти метафорических) о природе информации, включая и многие биологические сюжеты, а в контексте этой книги - это как бы невербальные высказывания в диалоге с текстом автора. Авторами их были два художника. Первый - Борис Жутовский, друг Эрнста Неизвестного, которого вместе с Э.Неизвестным за три года до этого издания Н.Хрущёв изгнал с осенней выставки в Манеже, а заодно изо всех сфер, где художники могли профессионально зарабатывать себе на жизнь. Второй - Юрий Соболев, друг Жутовского, талантливый концептуальный художник. Как известно, гонения на абстрактные, символические и конструктивистские произведения изобразительных искусств охватывали практически не только последние годы правления Н.Хрущёва, но и все годы правления Л.Брежнева. Однако в редакции “Молодой гвардии” был “оазис в пустыне”: там тогда работал очень грамотный и прогрессивный редактор В.Федченко. Он на свой страх и риск предложил моему отцу сотрудничать с этими двумя художниками при оформлении переиздаваемой книги. На мой взгляд, эти иллюстрации - великолепный образец научно-художественной книжной графики, проникновенных и глубоко интеллектуальных зримых образов информации, включая и биологическую. Ведь и сама книга написана в жанре очень необычном даже для научно-популярной литературы. Это концептуальный рассказ автора, с изложением многих собственных идей на грани научного анализа и вдохновенных предположений, в который тонким “пунктиром” “вплетена” художественная фабула - романтические фантастические похождения вымышленных героев по весьма необычной (как сказали бы сейчас - виртуальной) Ничейной Земле - стране представлений об информации. Для этих художников это был первый книжный заказ за 3 года. В когнитивном аспекте - в этих иллюстрациях научные представления об информации и связанных с нею философских проблемах, обсуждавшихся с середины 1960-х гг., были отображены посредством романтических зримых метафор (в традициях А.Дюрера и И.Босха), а в социальном аспекте - эта книга была своеобразным актом интеллектуального сопротивления опальных художников в сотворчестве с автором - моим отцом. И всё это было создано и чудом опубликовано в годы крайнего застоя и репрессий по отношению к творческим исканиям изобразительных средств...
       Именно из этой книги я с детства узнал и сразу же выучил наизусть красивое и сложное словосочетание “дезоксирибонуклеиновая кислота” - поняв из текста, что в этих молекулах кроются великие тайны жизни. А также - во втором издании - увидел среди рисунков и выполненные в той же стилистике репродукции первых фотографий ДНК (Седов, 1966, с.145) и графические метафоры чудес наследственности (там же, с. 141, 202, 219). Полагаю, это и был мой первый шаг к генетике.
       Позже, в 1971 г., будучи студентом первого курса Биологического факультета МГУ, я перечитал то, что отец написал про наследственность, (там же, с.144), и впервые вступил с ним в полемику. Во вдохновивших меня ранее местах этой книги он утверждал, что в процессе эволюции в соответствии с требованиями окружающей среды должны как-то вноситься адекватные им “коррективы” в ДНК-тексты. На уровне генетических знаний тех лет, с конца 1960-х ставших доступными и отечественным школьникам, это утверждение представлялось ошибочным. В споре я приводил отцу те факты из молекулярной генетики и аргументы “синтетической теории эволюции”, которые узнавал из книг, изданных в 1960-е гг.. (Помню, одной из этих книг был “Краткий очерк теории эволюции” Н.В.Тимофеева-Ресовского, Н.Н.Воронцова и А.В.Яблокова (1969), подаренный самими авторами с замечательной дарственной надписью Петру Петровичу Смолину - другу Тимофеева-Ресовского и учителю Воронцова и Яблокова, а также и моему). Так в острой полемике “на дому” родилась наша с отцом научная “мини-школа”, работавшая дома на кухне ночами - после напряжённых дней его работы в МКБ “Кулон” и моей учёбы на Биофаке МГУ. Так зарождалась книга моего отца об эволюции (Седов, 1976), многие разделы которой создавались и записывались прямо в процессе наших диалогов, споров и совместных решений. Именно эта книга послужила папе основой для его докторской диссертации. Упомяну здесь ещё одну, научно-популярную, книгу отца об информации (Седов, 1983) и его последнюю статью, которую он написал, умирая от рака, и попросил меня отнести в редакцию за три дня до собственной смерти (Седов, 1994). Эта статья была опубликована через месяц после смерти папы. В преамбуле к ней главный редактор журнала, кандидат психологических и доктор философских наук А.П.Назаретян написал очень тёплые слова о моём отце, который был и одним из его учителей. Базирующийся на теории информации и предложенный в той предсмертной статье, закон Седова, или закон ограничения разнообразия, стал за это десятилетие основой для методологий, защищённых в виде нескольких докторских диссертаций. Так, Г.В.Иванченко применила этот принцип к культуре и искусству в своей книге (Иванченко, 1999), ставшей затем основой для её докторской диссертации. Что же касается не только философской концептуальной системы, но и технических воплощений информационных работ в электронных устройствах, Е.А.Седов в контексте развития его идей многократно упоминается в Интернет-ссылках.
       И вот здесь уместно обсудить факты, которые, мягко говоря, отнюдь не красят советскую философию и являются предметом моего несогласия с тем крайним миролюбием в её отношении, которое выразил в своей книге Л.Грэхэм. Даже если бы он того захотел, Л.Грэхэм не смог бы проникнуть в “доперестроечное” время в “цитадель” советской философии и стать живым свидетелем хотя бы одного позорного для отечественной науки события - того, которое наблюдал я. Речь идёт о вечере в Институте философии АН СССР в октябре 1984 (*) года. Именно там и тогда мой отец пытался защитить на соискание степени доктора философских наук свою диссертацию “Философский анализ информационно-энтропийных процессов развития”. К тому времени отец уже более 30 лет занимался практическими воплощениями теории информации. Он уже был кандидатом технических наук, автором 4 “закрытых” внутрисоюзных патентов по аппаратам сверхдальней связи, переведенной более чем на 10 ведущих языков мира научно-популярной книги “Занимательно об электронике” и, благодаря ей, лауреатом конкурса научно-популярных книг (2-е место по СССР за многие годы), автором научной монографии по теме защищаемой диссертации ”Эволюция и информация” (Седов, 1976), незадолго до того вышедшей научно-популярной книги на эту тему “Одна формула и весь мир” (1983) и множества научных и научно-популярных статей о теории информации. С 1974 года, после защиты кандидатской диссертации, он перешёл в Центральный научно-исследовательский технологический институт Министерства промышленности средств связи СССР (ЦНИТИ МПСС) с понижением секретности с 1-й до 2-й формы допуска. Там он возглавил 12 лабораторий, занимавшихся компьютерными средствами контроля производства печатных плат для компьютеров и прочих электронных микросхем (АСУ ТП), разработкой и внедрением гибких автоматизированных производств (ГАП), а также стал одним из создателей и руководителем уникального научного направления - вместе с нейрофизиологом Е.Г.Литвиновым и специалистом по математике и электронным устройствам В.Л..Таубкиным, результаты работ которых противоречили философским представлениям тех лет об основах физиологии высшей нервной деятельности. Собственные “еретические” экспериментальные результаты Литвинова строго доказывали, что даже тот или иной единичный нейрон виноградной улитки способен формировать собственные условные рефлексы, т.е. “отражать”. На этой базе Таубкин построил соответствующие математические модели, наподобие моделей нейронных сетей, которые предложил Д.О.Хэбб , и первые имитационные электронные системы. Отец понял смысл открытий, моделей и идей, созданных этими двумя талантливыми исследователями - опальными и почти уже запятнанными социальным клеймом “сумасшествия”. Под свою ответственность он “пробил под” В.Л.Таубкина в дирекции ЦНИТИ организацию своей новой, 12-й, лаборатории и добился организации в МИРЭА лаборатории “на стыке”: проводившиеся в ней Е.Г.Литвиновым и его учениками нейрофизиологические эксперименты служили основой для имитаций в виде электронных устройств. Так он открыл этим исследователям, их исследованиям и концепциям “зелёную улицу”. И плоды появились незамедлительно. Эти молодые учёные очень скоро смогли создать такие новые - нейроподобные - микропроцессоры, сети из которых, проверенные в различных технических экспериментах и испытаниях, обладали голографической памятью и фантастической помехоустойчивостью. Можно смело сказать, что благодаря именно этим исследованиям и разработкам в середине 1980-х гг. в течение недолгих лет СССР в этой области лидировал. И это, подчёркиваю, - опять-таки вопреки догматическим взглядам советских “корифеев” на природу мозга и мышления, т.е. на сущность биологической информации! Однако вскоре гораздо более мобильные учёные и научно-технические сообщества Японии, Великобритании и США восприняли принципы этих разработок, а затем сами создали и внедрили аналогичные микропроцессоры в свои электронно-вычислительные схемы, оставив СССР “в хвосте этих гонок”.
       Вот с таким интеллектуальным и техническим багажом, корнями уходившим во многие естественные и точные “частные науки” (как презрительно выражалась в 1970-х гг. наша университетская преподавательница “диамата” и “истмата” М.Л.Юрова), с такой коллекцией конкретных теоретических знаний об информации и их практических воплощений, вышел мой отец на защиту своей философской докторской диссертации.
       Тогда же в Институте философии работали профессиональные советские философы Г.И..Рузавин и В.С.Тюхтин. Их взгляды на природу информации, базировавшиеся лишь на “единственно верном философском учении”, отец честно и корректно опровергал в виде научной публицистики - в своих статьях. Оба они оказались ещё и весьма искусными недоброжелателями: не вступая в такую, конструктивную, полемику в научной прессе до этой защиты, на самой защите они грубо нарушили элементарные основы этики научного спора - той самой “диалектики” в изначальном смысле этого слова. Прямо в конференц-зале Института, где происходила защита, в качестве “контраргументов” против всех авторских концепций и формул, страстно излагавшихся диссертантом, они использовали лишь цитаты из “классиков марксизма”, да ещё такие “методологии”, которых ранее даже Презент с Лысенко применить не додумались: они многократно грубо прерывали докладчика на серединах его фраз своими репликами; куря, подходили к кафедре и буквально пускали дым ему в лицо... Один из присутствовавших упрекнул диссертанта в том, что его утверждение о том, что эволюционный прогресс связан с возрастанием количеств информации, по формуле Шеннона отображающих неоднородность систем, противоречит “великой истине” - тому, что при грядущем коммунизме все будут равны (!)...
       Отец, конечно, был полон профетических чувств, когда шёл на защиту: будучи всю жизнь последовательным и страстным романтиком, он был уверен, что и Институт философии Академии Наук, и институт защит докторских диссертаций существуют для того, чтобы сообща открывать истины. Он очень ошибся: философы -члены учёного совета голосовали против, причём абсолютно всем присутствовавшим было совершенно очевидно, что “спектакль разыгран как по нотам”. Отец мужественно пережил всё это: по его настоянию в тот же вечер дома мы всё же устроили “провальный банкет”, где наш диссертант шутил, взял гитару и пел песни наших любимых А.Галича, В.Высоцкого и Б.Окуджавы...
       Не говорят ли во мне сейчас сыновние чувства? Да, говорят. Не подавляет ли моя горячая любовь к отцу научную трезвость? Нет, не подавляют. Доказательств тому - три. Во-первых, ещё живы и работают в Институте философии РАН участники и свидетели той защиты. Во-вторых, у меня есть её фонограмма. В- третьих, ещё через 5 лет, в мае 1989 года, отец блестяще защитил ровно ту же диссертацию на другом Учёном Совете - на Философском факультете МГПИ им. Ленина (ныне МГПУ). Если бы отец стал доктором наук чуть ранее, в 1984-85 году, то он мог бы многое сделать ещё со своих новых социальных позиций. Ведь доктором наук он пробыл лишь неполных 4 года, из которых последние полгода творил умирая. И даже за эти считанные годы он многое сделал: написал немало глубоких статей, участвовал в ряде интереснейших междисциплинарных семинарах и их организовывал, стал профессором Российского Открытого Университета, в котором создал и прочитал свой уникальный философский курс “Информационная системология”, за три месяца до смерти принял выпускные экзамены у своих учеников-бакалавров РОУ, написал рукопись этого курса. (Увы, рукопись эта всё ещё лежит у нас дома в неопубликованном виде из-за отсутствия средств на издание!). А если бы не 4, а 9 последних лет жизни моего отца прошло под знаком “д.ф.н.”, - как многое ещё сумел бы он сделать! Ведь он не терял даром ни минуты...
       Говоря языком методологии науки, эта история с моим отцом - case study, анализ лишь одного конкретного случая. Уверен, что если провести интервью со всеми теми философами, которые защищали “универсалистские” взгляды на природу информации, то каждому из них будет что рассказать о том, какими средствами не брезговали “адепты” официальной советской философской доктрины в своей “борьбе с идейными врагами”. И ведь, если вдуматься, это выражение в кавычках само по себе - уже феноменальный “перл”, заставляющий усомниться в интеллекте тех, кто его придумал и пользовал: “друзья” -то тогда должны быть безыдейными или/и неспособными к генерации идей...
       Итак, “слава советской философии” - не к ночи будь она помянута!
       Здесь уместно коснуться стиля творчества моего отца в контексте нашей отечественной ситуации. На мой взгляд, в отличие от лидирующих стран, у нас “зияют пропасти” между школьным образованием и уровнем подлинных университетов и академий. (Кстати, подлинными отнюдь не являются различные новоиспечённые заведения типа “академии танцев” и “университета рэкета” - невзирая на все их подлинные лицензии и прочие документы.). На базе традиции русскоязычной прозы у нас мощно развивался жанр научно-популярной литературы, способный заделать эти пропасти и мотивировать людей, в первую очередь молодых, к познанию истин мироздания. В СССР выход в академические издания профессионалам - “прикладникам” и “отраслевикам”, к коим официально относился и мой отец, был затруднён. И потому, как и многие люди науки, в рамках научно-популярного жанра он создавал увлекательные научные тексты, написанные простым и ярким языком. При этом, как правило, - в соответствии с требованиями этого жанра тех лет - он не проводил границ между своими и не своими концепциями и не давал списка цитированной литературы. И при этом он щедро излагал вместе с идеями других авторов и свои собственные вполне оригинальные научные идеи и предположения.
       Коснёмся взглядов Е.А.Седова на биосистемы.
       В своей первой, упомянутой выше, книге о теории информации (Седов, 1963) - ещё до “реанимации” отечественной генетики - в разделе “Информация по наследству” (с.124-132) он сравнил генетическую информацию клетки и организма с информацией в машинах; здесь же пришёл к выводу о том, что как эволюция по Дарвину, так и онтогенез должны приводить к накоплению информации в организмах; красочно и кратко описал задачи будущей генной инженерии, до зарождения которой оставалось более 10 лет. Описав первые опыты по репликации ДНК in vivo и по расшифровке триплетного ДНК-белкового кода, о которых тогда и в отечественной научной прессе почти не писали, он четко поставил вопрос о внесении направленных корректив в генетические тексты. Технически эта задача была решена лишь в начале 1980-х гг. - на базе генно-инженерных систем, методами олигонуклеотидного сайт-специфического мутагенеза. Здесь же он объяснил биологический смысл диплоидности и оплодотворения необходимостью наличия дублирующей копии для сверки и выбраковки ошибок - с позиций специалиста по информации сравнив эти биологические феномены с технологиям корреляционного приёма сообщений в устройствах связи. Отец ставил вопрос о создании живых, размножающихся машин. В некотором роде современная генетика подходит к этой задаче, вводя новые генные конструкты в клетки существующих организмов. Другой подход - это создание устройств, в которых будут сочетать биогенные и электронные блоки, т.е., говоря современным языком, “киборгов”. (Здесь надо отметить, что в последнее время оба этих подхода уже осуществляются, в связи с чем возникают важные биоэтические проблемы.).
       Мой отец стремился глубоко осмыслить с позиций теории информации фундаментальные биологические процессы. Строя глубокие функциональные аналогии, он легко и логично переходил к биосистемам от простых примеров из космогонии, физики (в основном статистической термодинамики), математики, лингвистики, психологии, социологии, художественной литературы, изобразительных искусств и архитектуры, и выявлял между всеми этими явлениями глубинные теоретико-информационные сходства – выражаясь на профессиональном языке биологов, функциональные гомологии. При этом он многократно и в разных аспектах рассматривал историю развития философских и естественнонаучных взглядов на сущности детерминизма и случайности, сложности, самоорганизации и саморегуляции - всего того, что свойственно информационным системам самой различной природы.
       Однако мы здесь коснёмся лишь биологических сюжетов этих работ. Конечно, при таком ракурсе нам не удастся передать всю целостность междисциплинарной аргументации автора - все те логические сети, которые связывают примеры из всех других названных дисциплин в единую мировоззренческую картину. Однако анализ даже одних лишь биологических примеров из работ Е.Седова может представлять интерес в наши дни - и потому, что они позволяют увидеть и ретроспективно оценить спектр надежд, возлагавшихся в те годы на информационно-кибернетические подходы в биологии, и потому, что показывают, как именно конкретный представитель технического знания, строивший оригинальную информационную картину мира – мой отец – десятилетия назад мог понимать ключевые проблемы биологии тех лет, во многом актуальные и по сей день.
       Во многих местах своей первой, научно-популярной, книги (Седов, 1963) он провёл разнообразные информационные сравнения электронно-кибернетических систем, включая ЭВМ тех лет, с мозгом, а их работы - с разнообразными аспектами психики и речи человека - сформулировав разнообразные проблемы создания искусственного интеллекта (см. с.10-12, 33-37, 41-56, 60-61, 75-76, 88-91,102-105, 172-183, 210-267). В наши дни - спустя 40 лет - именно эти направления бурно развиваются, и эти задачи мировое научно-техническое сообщество решает до сих пор.
       В научной монографии (Седов, 1976, с.48, 162) отец привёл 13 ссылок на работы по выработке семантических и прагматических концепций и моделей информации и воздал им должное: “Применение аппарата этих теорий к анализу процессов развития на различных структурных уровнях, по-видимому, позволит со временем решить ряд немаловажных проблем.” (с.48).. (Именно этот подход к биосистемам разных структурных уровней, но качественный и базирующийся на обобщениях и аналогиях в отношении конкретных сведений из различных отделов биологии, я применил в нескольких следующих главах.). Известную в теории информации теорему о росте информации в статистических множествах при их взаимодействии Е.А.Седов привёл как логический аргумент в пользу неизбежности эволюции - включая космогонические процессы, феномены химической термодинамики и принципы живого (с.28-31). Предложив считать теорию и технику связи областями “классической”, а естественные и гуманитарные науки – областями зарождающейся “неклассической” теории информации, он проводит ряд аналогий, которые представляют интерес для биолога. Это – и количественные сравнения пропускной способности канала связи и слухового анализатора, информационной ёмкости приёмника и головного мозга (с.37-38), и примеры из психофизиологии (с.43-45, 74-76). Е.Седов напоминает, что информационной была логика Г.Гамова при предсказании триплетности генетического кода - почти за десятилетие до её экспериментального выявления (с.45-46). Автор отмечает и сложность и неоднозначность информационных оценок развивающихся многоуровневых биосистем (с.47-49); это, как знаем теперь, и является причиной недостаточности теории информации для биологов, и здесь можно согласиться скорее с К.Уоддингтоном, чем с Е.Седовым. (см. там же, с.49). Е.Седов предлагает 4-уровневую классификацию развития всех существующих систем в отношении их информационных функций; в ней 2 верхних уровня занимают, соответственно, биологические и интеллектуально-социальные системы (с.68). С информационных позиций, предложенных и другими авторами, оценены явления биологического гомеостаза и ферментативного катализа. На примерах из нейрофизиологии (распределения образов по коре больших полушарий) и генетики (полигенное определение фенотипического признака) автор показывает важность преобладания информационного, функционального подхода над чисто физикалистским, субстратным (с.74-76). Здесь же (с.77-78) он отмечает ничтожно малую энергоёмкость таких сложнейших информационных систем, как мозг. Случайные процессы необходимы в работе сложных информационных систем для эвристического поиска решений: в эволюции биологических систем это - генетические мутации плюс отбор, в электронно-вычислительных устройствах - принцип Монте-Карло, генераторы случайных чисел и процессов, в творчестве – ассоциативное мышление (с. 80, 105). Такие статистические процессы и закономерности должны лежать и в основе эволюции живых организмов (с.86); статистическими являются изменчивость и отбор как в теории Ч.Дарвина, так и в генетике, и статистические методы лежат в основе генетических исследований (с.88-89, 91-92). Именно стохастические принципы самоорганизации как рукотворных кибернетических устройств, так и различных биосистем (генетических и нейронных) обусловливают их блочно-модульную организацию и, вследствие этого, - надёжность (с.92-93). Как пример “диалектических” взаимосвязей детерминизма и случайности можно ретроспективно рассматривать сочетания как преформизма и эпигенеза в онтогенезе, так и стохастичности и канализированности в эволюции (с108-109, 111-113). Есть, однако, и принципиальные различия между развитием онтогеническим и эволюционным (с.113-114). В многоклеточных организмах жёсткая узкая детерминация функций одних систем органов сочетается с многозначностью функций других (с.123). В эволюции различных организмов падение их общей жизнеспособности - это их плата за выигрыш, даваемый узкой специализацией (с.124); в этом контексте рассмотрены взгляды Станислава Лема на эволюцию (с.146). В аспекте предложенной автором графической схемы процессов оптимизации количественных соотношений между количествами детерминированных и случайных связей (с.130) рассмотрены разные типы мутаций (с.134). С этих позиций эволюцию можно сравнить с упреждающим поведением при обучении (с.135-136). Детерминация как тенденция видна и в организации генетического кода, что видно из суждений М.Ичаса (с.150). Ещё одно свидительство правомерности взглядов автора - то, что ступени эволюционного прогресса организмов - это детерминация ранее лабильных структур благодаря росту лабильности и многообразия функций, отмеченные Л.А.Орбели и А.Н.Северцовым (с. 152).
Много внимания уделено сравнениям информационных принципов биологической эволюции и эвристического мышления (с.165-188).
       Здесь, однако, я должен отметить, что мой отец был не прав, упрекая в “метафизичности” суждения выдающегося генетика, эмбриолога и биолога-теоретика К.Уоддингтона о том, что у высших организмов мутации не предоставляют стохастический материал для эволюции, а взаимодействуют, и их проявления зависят от генов-модификаторов - в общем, что “сырьё” для отбора обусловлено “контекстами” биосистем (с.176). Здесь отец (впрочем, как и многие биологи в те годы, включая и меня) явно был под влиянием логической красоты доминировавшей тогда в биологии “синтетической теории эволюции” - необходимой, но не достаточной - оставлявшей в тени многие фундаментальные автогенетические явления эволюции. Лишь в последние годы “центр тяжести” генетических и эволюционных концепций всё более переносится на исследования разнообразных фундаментальных автогенетических феноменов - на уровнях от генов до биоценозов и биосферы (см., например, Воронцов, 1999; Голубовский, 2002). Здесь (с.176-179) сравнения К.Уоддингтона с Т.Лысенко представляются особенно неудачными. Ведь, в отличие не только от феноменального невежды-академика Т.Лысенко, но и от нас с отцом, К.Уоддингтон располагал и огромными знаниями выдающегося экспериментатора-эмпирика, и собственными глубокими концепциями - в том числе и теоретико-информационными, - сформулированными в его обзорно-аналитических монографиях “Организаторы и гены”, “Морфогенез и генетика”, докладах и статьях по теоретической биологии (см. сборник “На пути к теоретической биологии” - М., 1970). В этом, увы, - отец, читавший и критически осмыслявший множество работ советских философов, всё же невольно оказался под влиянием их общей амбициозности, привычки ставить “всесильные, потому что верные” голые умозрения над теми концепциями, которые вырастают из “умного вопрошания природы” - из эмпирических исследований.
       Безусловно, в отношении перспектив применения теории информации во всех науках, включая биологию, Е.Седов был оптимистом. Однако его оптимизм был скромным и сдержанным. Вот последние строки рассмотренной монографии: “Но не следует преувеличивать достигнутые в этом плане успехи. Дело в том, что сам структурно-информационный подход к исследованию сложных объектов приносит не только новые знания, он раскрывает также и то, насколько поддающиеся математической формализации упрощённые модели ещё далеки от реальной сложности порождаемых природой систем. Тем более возрастает роль методологических обобщений. Опыт одного из таких обобщений и является темой данной книги... Предоставим судить читателю, в какой мере эту задачу удалось решить.” (с. 220).
       Книга (Седов, 1982) - тоже междисциплинарная, но она написана в научно-популярном жанре. В ней автор рассматривает ещё несколько биологических примеров. Он обсуждает “диалектичность” (не дискретную двоичость, а непрерывность) логики на примерах работы нейронов, а также онтогенеза и эволюции - в контексте сочетаемости преформизма с эпигенезом в рамках современных представлений о наследственности (с. 93-94). (Вероятно, здесь ему помогли возглавлявшиеся им же работы по созданию нейроподобных процессоров.). Говоря о лежащем в основе дарвинистских концепций эволюции представлении о том, что мутации имеют вероятностную природу, автор пишет, что в новой, детерминистской генетике - генной инженерии - экспериментатор заменяет стохастичность реального мутационного процесса и направленность их отбора, соответственно, перебором и отбором “в уме” возможных вариантов генных конструкций (с.100-103). Как антиэнтропийные феномены рассмотрены: дискретный характер наследования признаков (наличие аллельных вариантов генов), межвидовые барьеры скрещивания, ограниченность фенотипических комбинаций, однозначность триплетного генетического кода (с.106-115). Вероятной причиной эволюционного прогресса автор считает увеличение надёжности биосистем, включающее в себя оптимизацию соотношений детерминированных и случайных процессов на разных структурных уровнях (с.122-123). Приведены (в популяризированном варианте) и обсуждённые выше несогласия автора с К.Уоддингтоном (с.152-155).
       Отметим здесь то, что работы Е.Седова последних лет были посвящены попытками создать объяснительные информационные модели для конкретных систем самой разной природы. Так, он предложил новые формулы и уравнения, связывающие термодинамическую энтропию с информационной в контексте развития различных многоуровневых систем (Седов, 1985), и подошёл к анализу социальных, экономических и экологических систем и процессов. Так, в контексте информационных процессов им рассмотрены экологические кризисы и причины распада СССР - энергетико-информационные (Седов, 1991) и социально-психологические (в последней статье, посланной в редакцию за 3 дня до смерти - в ней формулы теории информации сочетались с несложными приложениями теории множеств) (Седов, 1993).
       Предложенный им закон необходимого уменьшения разнообразия систем при их переходах на новые уровни развития философ и психолог А.П.Назаретян назвал “законом иерархических компенсаций”, или “законом Седова”; закон этот не раз уже применяли для методологического анализа - в основном гуманитарных феноменов, например в монографии (Назаретян, 2001). Недавно “закон Седова” был “удостоен” внимания мэра Москвы Ю.М. Лужкова в его книге - наряду с известными давними работами английского математика и биолога У. Р. Эшби (Лужков, 2002, с.95-96). Будучи весьма благодарен мэру нашего города за внимание к творчеству моего отца, не могу не отметить, однако, что Ю.М.Лужков интерпретирует этот закон по-своему - отнюдь не так, как мыслил Е.А.Седов, но явно в духе столь милой сердцу мэра державной социократической идеологии. Удручает и полное отсутствие в книге мэра какого-либо библиографического аппарата, элементарно необходимого в любом “научном издании” (а именно так эта книга охарактеризована в её конце). Написанные в начале книги благодарности мэра многочисленным “донорам идей” - не метод: читатели вправе знать, кто, что и где конкретно написал, знакомясь со взглядами цитируемых авторов в подлинниках!..
       Здесь необходимо сказать, что предсмертный Opus magnum отца, рукопись большой книги “Информационная системология”, так ещё и не опубликована из-за отсутствия средств на издание. Она хранится у нас дома и, надеюсь, ждёт своего времени.
       Конечно, применив теорию информации к объектам самых разнообразных наук, Е.Седов сумел построить весьма стройную многоаспектную картину мироздания - куда более строгую и целостную, чем “диамат” и подавляющее большинство других философских систем. Особенно интересны “закон Седова”, а также выводы об эволюционной оптимизации соотношений случайных и детерминированных связей на разных структурных уровнях систем различной природы. Полученная посредством вычисления информационной избыточности самых разных систем пропорция “80% детерминированности и 20% случайности”, по-видимому, действительно универсальна (в чём я долгие годы сомневался). Так, автобиографические “Записки народовольца” А.Н.Бах ( о нём - см. в Главе 11) начал словами о том, что, как было подсчитано, в показаниях свидетелей фантазиями оказываются 20%; в последние годы показано, что мобильные элементы составляют 20-30% геномов высших организмов... Но, как и прочие удачные философско-методологические схемы, предложенная Е.А.Седовым информационная картина мира - это лишь система непротиворечивых логичных форм представления данных (в том числе и количественно-аналитических моделей и схем) - моделей объяснительных, но отнюдь не всегда прогностических. Однако такой желанный универсальный методологический “золотой ключик” не был ещё создан никем - да и вряд ли может быть создан вообще! В последние 20 лет были предложены и сейчас интенсивно развиваются новые общенаучные методологические системы, нередко взаимодействующие и с теорией информации - такие, как синергетика, неравновесная термодинамика, семиотика природных систем. Они многое разъясняют. Но и они более ставят, чем решают конкретные проблемы формирования сложных систем - их морфогенеза, динамической устойчивости, саморазвития, многоуровневости, семантических весов структур и функций... Вероятно, как мироздание в целом, так и жизнь в частности надо рассматривать и сопоставлять в разных аспектах и ракурсах - метатеориях и “мета- методологиях”, одной из которых является и количественный структурно-информационный подход.
       Важно и то, что мой отец был представителем инженерно-технической мысли, а не аналитических естественных наук. Его научный путь лежал от точных наук, инженерных проектов и их технических воплощений, от прикладных приборов сверхдальней связи через вершины кибернетики и электронно-вычислительной техники к работам по созданию основ единой информационной философии мироздания - базирующейся на теории информации и аргументированной оригинальными формулами и схемами. Здесь кроется коренное различие между нашим с ним когнитивными стилями. Отец был инженером: посредством виртуозных технологий он конструировал реальные концепты - технические устройства связи, а посредством логики и формул - концептуальные модели с междисциплинарными сравнениями и схемами. В отличие от отца, я -эмпирик, всю жизнь пытающийся разобраться в таинствах Жизни, в последние 16 лет опираясь при этом на анализ истории, логики и методологий нашего проникновения в них. И поэтому чту и анализирую более всего “его величество Факт” - зачастую с трудом уловимый и вычислимый с помощью триединства наблюдения, логики и эксперимента, порождающего наши хитроумные методы и методологии - in vivo, in vitro, in virtuo. Нам, биологам, следует избегать позиции, которую иронически охарактеризовал в 1950-е годы один англо-американский биохимик: “Горе фактам, если они не соответствуют нашим теориям!”. Почти за два века до того на сходную ситуацию знаменитый полководец А.В.Суворов, глядя на составленный генералами план некоей баталии, отреагировал скороговоркой - экспромтом в стихах: “Гладко было на бумаге, да забыли про овраги! А по ним ходить, а по ним ходить!”.
       Так, например, говоря о концептуальных вымыслах, мы с отцом были вполне солидарны в скепсисе по отношению к К.Марксу - вкупе со всем тем, что с ним и из него сделали. Однако Ф.Энгельса отец считал большим учёным-первооткрывателем, а я - лишь науковедом-популяризатором, зачастую смешивавшим воедино наблюдаемые или строго доказанные факты и умозрительные предположения, зачастую опровергаемые реальностью. (Так, сейчас известно, что ошибочны уверенные утверждения Энгельса, изложенны в контексте его так называемой “трудовой теории антропогенеза” - о том, что “рука направляла и развивала мозг”, что состав животной пищи разнообразнее, чем растительной...). Возможно, отца с Энгельсом роднил их инженерно-технический склад ума: ведь этот “классик марксизма” был богатым и квалифицированным фабрикантом, и потому в его логике тоже имплицитно присутствовало “сказано - значит, сделано”... Потому и несколько различались наши с отцом подходы к тайнам Жизни. В следующей главе этой книги, а затем фрагментарно в различных главах этой книги я обсуждаю причины того, почему нам, биологам, теория информации оказалось хоть и весьма необходимой, но при этом и крайне недостаточной. Эта недостаточность выражается в следующем:
- меры количества информации аддитивны на разных иерархических уровнях многоуровневых систем, и потому не пригодны в качестве сравнительных характеристик их сложности;
- они не пригодны для анализа усложнения при топологических (морфологических) преобразованиях в молекулярной биодинамике, онтогенезе и эволюции;
- в них игнорируется семантический вес, т.е. стоимость, того или иного элемента биосистем.
Эти аспекты “классической” (т.е. шенноновской) теории информации ускользали от внимания моего отца. Полагаю, происходило это именно вследствие инженерно-созидательного, а не исследовательски-аналитического, склада его мышления и характера: в своих теоретико-информационных работах он создавал чёткие, необходимые “минималистские” концептуальные модели - наподобие точки без размеров, линии без толщины, скольжения без трения и т.п., так многое давших развитию точных наук. Этот лаконизм выражался и в невербальных компонентах дискурса моего отца. Судя по виденным мною черновикам его кандидатской диссертации, он свободно владел различными разделами математики - интенсивно применял сложнейшие системы дифференциальных уравнений в частных производных и многие другие математические приёмы. Однако в своих работах по теории информации он использовал весьма простой аппарат: формулы Шеннона и их модификации, формулы термодинамики равновесных систем (в одной из работ он вывел формулы, связывающие энергию систем как с физической, так и с информационной энтропией (Седов, 1985)), вычисления коэффициентов избыточности, графическую схему иерархических систем в виде перевёрнутых конусов (там же и во многих других работах), графические представления пересекающихся множеств (в последней статье о социально-информационных системах – Седов, 1993). Наиболее подробно и лаконично основные свои теоретико-информационные формулы, схемы и концепции он суммировал в небольшой книге, написанной им в последние месяцы жизни в соавторстве (Седов, Кузнецов, 1993, с.56-75), где он пришёл к своеобразному кибернетико-религиозному синтезу взглядов на природу мироздания и эволюции. Кроме того, как сказано выше, в предсмертной своей работе о социальных аспектах теории информации (Седов, 1993) он использовал несложные схемы из теории множеств.
Перейдём к анализу ряда других работ, в которых делались попытки применить теорию информации в биологии.
Проведенный мною анализ соответствующей литературы и рефератов периода 1950-1990 гг. в целом показал, что:
1). Большинство зарубежных публикаций ранее не попадали в наши библиотеки; среди имевшихся в наших библиотеках - многие оказались не в доступе вследствие “штабелирования” книг.
2). Подавляющее большинство работ по этой теме не имело дальнейшего развития и потому представляет интерес лишь как “история идей”.
3). В массивах как зарубежных, так и отечественных работ по этой теме практически не выявляется устойчивых во времени коллективных научных направлений и школ: в том или ином характере использования теории информации для тех или иных биосистем в основном отображались индивидуальные творческие особенности, стиль исследователя.
       Эти различия индивидуальных стилей сами по себе - интересный когнитивный феномен. Наглядно мы увидим их ниже - в предлагаемых вниманию читателей четырёх “case studies” - анализе работ тех четырёх крупных отечественных биологов, которые именно от задач биологии пришли к пониманию парадигмы и методологии К.Шеннона и его последователей и так или иначе пытались применять её в своих собственных исследованиях.
       
 Информационно-кибернетический подход И.И.Шмальгаузена к генам, эволюции и биоценозам.
       
       Иван Иванович Шмальгаузен (1884-1963) - один из известнейших отечественных представителей теоретической биологии. С середины 1930-х гг. он исследовал закономерности морфологической эволюции и онтогенеза животных. Он - автор книг “Организм как целое в индивидуальном и историческом развитии” (1938), “Пути и закономерности эволюционного процесса” (1939), “Факторы эволюции” (1946), “Происхождение наземных позвоночных”, а также ставшей учебником для биологических факультетов книги “Проблемы дарвинизма” (1969). Один из крупнейших генетиков - эволюционистов и создателей синтетической теории эволюции (СТЭ), американский биолог Ф.Г.Добжанский упоминает И.И.Шмальгаузена среди 15 биологов - соавторов этой теории (см. “История биологии с начала ХХ века до наших дней”, с. 379). Э.Н.Мирзоян показал, однако, что в СТЭ в качестве основ всей биологической эволюции рассматриваются лишь микроэволюционные, т.е. генетико-популяционные процессы, а Шмальгаузен был представителем иной стратегии: включив в себя и анализ всех факторов эволюции, на которых базировалась СТЭ, ”...работы Шмальгаузена “преследовали цель соединить данные механики развития и эволюционной морфологии с теорией эволюции. Эту стратегию можно назвать организмоцентрической.” (Мирзоян, 2001. С.211-223: 215). Возможная причина некоторой однобокости эволюционных концепций Шмальгаузена зарубежными коллегами - то, из всех его названных выше книг, на английском языке была опубликована, а потому доступна им, лишь монография “Факторы эволюции”; эта работа наиболее вписывается в рамки СТЭ, и она была опубликована именно в период расцвета этой системы взглядов (см. Воронцов, 1999: с. 281). Так или иначе, вклад И.И. Шмальгаузена в концептуальный аппарат биологов-эволюционистов высоко ими оценен - и на его родине, и за её пределами. Признание этих заслуг на родине, однако, пришло отнюдь не сразу: после опубликования этой книги Шмальгаузен был лишён работы профессора и заведующего кафедрой дарвинизма Биологического факультета МГУ и директора Института эволюционной морфологии и экологии животных АН СССР, не имел ни одного сотрудника и работал в опале на своей даче (см. там же).
       Вскоре после “реабилитации” генетики и кибернетики в нашей стране - и после смерти Шмальгаузена - была опубликована его монография “Кибернетические вопросы биологии” (Шмальгаузен, 1968). В этой книге представлены те из обобщённых теоретических концепций эволюции, которые Шмальгаузен строил в 1958-1963 гг., стремясь сочетать принципы классической и популяционной генетики, а также биоценологии, с представлениями и моделями кибернетики и теории информации. Эта книга была первой в мире попыткой рассмотреть теорию эволюции с позиций теории информации. Биологические аспекты кибернетики и теории информации в ней взаимосвязаны – в текстах, формулах, графиках и схемах изложены представления о том, как именно шенноновская информация должна функционировать в популяциях и в биоценозах.
       В целом свой подход в разделе “Регулирующие механизмы эволюции”, написанный ещё в 1958 г. (с.20-34), автор характеризует так. Информация понимается им “очень широко - как передача любых сообщений, сигналов или импульсов с помощью самых разнообразных средств” (с.21). Общая авторская мотивация - “надежда, что в свете наиболее общих принципов устройства автоматически регулируемых механизмов можно рассматривать и проблему эволюции” (с.22).
       Совокупность взаимодействий биогеоценоза с генофондом популяции (включая репродукцию, отбор и реализацию генов в фенотипах) Шмальгаузен рассмотрел как информационный цикл с каналами прямых и обратных связей. Схема Шмальгаузена холистична - биоценоз в ней управляет входящими в него популяциями: “Эволюция является побочным, но неизбежным результатом поддержания устойчивости системы высшего, по отношению к организму, ранга”; биоценоз - “целостный объект, в котором протекает процесс циркуляции информации и имеется управляющее устройство и управляемый объект, каналы прямой и обратной связи, генераторы помех и самонастраивающиеся устройства” (с.*). И генетические мутации, и эпигенетические изменения (включая морфозы) Шмальгаузен рассматривает как помехи в соответствии с моделями К.Шеннона. Он считает, что они больше влияют на онтогенез, т.е. на преобразование информации, чем на наследственные структуры, т.е. на её передачу. Помехоустойчивость генотипа, по Шмальгаузену, обеспечивается доминированием одних аллелей над другими; в этом можно проследить развитие концепции эволюции доминирования (в соответствии с классическими работами Р.Фишера, опубликованными в конце 1920-х гг.), а также работ самого Шмальгаузена 1946 г. по теории стабилизирующего отбора. Кроме того, помехоустойчивость генотипа обеспечивают дупликации, дипло- гаплоидные циклы, полигены, связь генов в супергенах и их сцепление в целых хромосомах, объединение целого набора хромосом в механизме клеточного деления, локализация наследственного кода внутри клетки под защитой регуляторных механизмов клетки и целого организма. Здесь предложены следующие информационные аналогии биологических систем с техническими средствами связи: (1) организация средств передачи информации - это устойчивость ДНК и её репликация; (2) изоляция линии передачи информации от посторонних воздействий - это явления разных уровней, от защищающих геномы белковых оболочек до феноменов клеточного и организменного гомеостаза; (3) блоки информации, соответствующие словам и/или модуляциям частот - это генные структуры и хромосомы; (4) дублирование информации - это полигены, дупликации, диплоидность (на современном уровне знаний к этому мы можем добавить эволюционные продукты давних дупликаций и мутаций - мультигенные семейства).
       Шмальгаузен сознательно ограничивается в основном качественными картинами в виде блок-схем и словесными описаниями, так как считает, что “существующие методы измерения количества информации не охватывают всей информации... Это лишь оценка удельного веса вариантов во всей популяции, т.е. учёт многообразия форм” (с.87). При этом “оценка особей в биогеоценозе (частью которой является количество информации) лежит в основе естественного отбора”, и “должна быть закономерная связь между количествами информации и эффективностью естественного отбора (там же). Однако: “Общее количество информации - в данном случае лишь теоретическая величина, которая практически никогда не может быть определена: 1). невозможно определить абсолютную величину популяций; наиболее трудно учесть редкие варианты, а именно они дают наибольший вклад в величину информации” (с.*).
       Однако в книге есть и некоторые количественные модели с соответствующими графиками. Это - базирующиеся на известных уравнениях Фишера вычисления теоретических соотношений количеств информации со скоростями естественного отбора при разных соотношениях частот аллелей в аллельных парах генов - для популяций гаплоидов и диплоидов. Из них следует, что при жёстком отборе количество средней информации указывает пределы возможной скорости естественного отбора; “обратная информация по фенотипам является основой контролирующего механизма эволюции. Математическая мера этой информации даёт представление о максимально возможных скоростях естественного отбора как регулирующего фактора. Конкретные скорости отбора, определяются, однако, положением отбираемого варианта в биоценозе. Это положение характеризуется коэффициентом селекции.” (Т.е. известным коэффициентом Фишера (s) - прим. автора.). В общем: “Введение новых методов количественной оценки разнообразия форм в популяциях позволяет... оценить степень организованности... и эволюционную пластичность популяций” (с.*).
       Разные формы отбора играют разные роли: стабилизирующий - в аппарате наследования выступает “в роли фактора, формирующего, поддерживающего... функционирование первого канала связи... и безошибочное преобразование полученной таким образом информации в процессах индивидуального развития; движущий - “в роли фактора, формирующего и поддерживающего функцию второго канала связи - от популяции к биоценозу. Она ведёт к тем перестройкам в организации наследственного аппарата (т.е. в первом канале связи) и механизма индивидуального развития (т.е. в формах преобразования информации), которые ведут к возникновению новых адаптаций, к специализации, общему усложнению организации” (с.33). От популяции к биоценозу “информация передаётся ... с помощью символов, однако эти символы - признаки фенотипа - не имеют ничего общего с признаками наследственного кода (генами)” (с.71). Заметим, что это высказывание поразительно созвучно концепциям современной биосемиотики.
 Живой организм в целом Шмальгаузен рассматривает как саморегулирующуюся систему следующим образом. Поступление веществ из внешней среды - это входной канал связи; ассимиляция внутри организма, синтез в упорядоченные структуры под контролем ДНК и ферментов - это прямая связь и преобразование информации; накопление метаболитов и их воздействие на различные процессы - это внутренняя обратная связь, удаление неиспользованных веществ и побочных продуктов обмена - это выходная связь с внешней средой.
       Для отображения ролей генотипов и фенотипов в биоценозе Шмальгаузен предложил блок-схему в виде циклов информации, циркулирующей по кольцу – по каналам связи; здесь автор ограничивается этой блок-схемой, не обсуждая природу конкретных носителей и процессы перекодировок этой информации. В общем, и такой подход - построение общей картины - отчасти правомерен: ведь эмпирическими знаниями для количественного, причинно-следственного и прогностического анализа таких феноменов мы и сейчас ещё не располагаем. Остаётся не выясненным, однако, операциональна ли и прогностична ли была бы такая модель даже при наличии всех необходимых для её использования эмпирических знаний.
       Для анализа процессов микроэволюции Шмальгаузен пытался применять шенноновский анализ частот и вероятностей очень упрощенной полной группы событий – ситуаций с немногими физически и логически не связанными аллелями. Конкретные каналы связей популяций с биоценозом оставались здесь “за кадром” - лишь в виде обсуждений в рамках общей картины. Так, одной группой каналов автор считает молекулярно-онтогенетические, от зиготы до зрелой особи, другой - от фенотипов к биоценозу. Онтогенез - это “типичный пример преобразования информации с переходом от одного условного кода к другому”; его смысл - “в преобразовании наследственной информации в систему жизненных связей организма со внешней средой”. И ранее (в 1958 г., в тезисах доклада на X Международном генетическом конгрессе в Монреале), и здесь Шмальгаузен писал, как этот цикл замыкается: “Естественный отбор осуществляется на уровне оценки фенотипов и является механизмом преобразования обратной информации в биоценозе.” (с.*) “Преобразование завершается перестройкой наследственной информации в зиготах.” (с.*).
       При этом, однако, Шмальгаузен вовсе не рассматривал проблему увеличения количеств информации в онтогенезе и эволюции; не предлагал он и каких-либо конкретных количественных оценок этой информации и её переходов. Естественно, результатом явилась лишь общая качественная биокибернетическая картина. Теоретико-информационные построения Шмальгаузена не содержат попыток применить их к задачам сравнительно-эволюционной морфологии и эмбриологии - в тех проблемных областях знаний, в которых сам он ранее многое сделал. В этих построениях фенотипы обсуждаются лишь в обобщённом виде - в духе приведенных выше высказываний.
       Здесь уместен методологический вопрос: в наши дни, и даже в будущем, при наличии всех эмпирических данных для такого общего анализа - от конкретной геномики и биологии развития видов, входящих в биоценоз, до полного биоценотического мониторинга, сможет ли информационный подход Шмальгаузена позволить прогнозировать какие-либо эволюционные события, или же он всегда останется лишь общей качественной картиной, уделом истории науки?
       Следует сказать, что и сам Шмальгаузен относился к потенциальным возможностям своих концепций очень взвешенно и критично: “Вопрос лишь в том, даёт ли эта аналогия (кибернетических систем и эволюции - прим. автора) что-либо новое для понимания закономерностей эволюции, выдвигает ли она новые проблемы или по меньшей мере подчёркивает ли значение отдельных звеньев связанных явлений. Ответить на данный вопрос пока невозможно.” (с.25). Немаловажно и то, что эти работы были написаны в последние пять лет жизни их автора; вероятно, сам он предполагал развивать эти концептуальные системы дальше -возможно, и до каких-либо проверяемых моделей.
       Тем не менее, тогда подход этот был совершенно новаторским – даже в рамках парадигмы неодарвинизма - “синтетической теории эволюции”, одним из соавторов которой, как сказано выше, зарубежные биологи считают и самого Шмальгаузена. В англоязычной литературе эти кибернетические концепции Шмальгаузена обсуждались мало - полагаю, и потому, что именно к 1960-м годам интерес зарубежных коллег к генетико-эволюционным построениям в СССР упал: десятилетия деятельности Т.Д.Лысенко и его сторонников создали этой области нашей науки крайне нелестную репутацию за рубежом. Однако именно в 1960-х годах с началом “реанимации” отечественных генетики и кибернетики наблюдался своеобразный “ренессанс” научной мысли в этих областях; свидетельство этому - и теоретико-информационные концепции И.И.Шмальгаузена, в которых эти дисциплины взаимосвязаны..

Применение теории информации в аспектах молекулярной биологии и биофизики: работы М.В.Волькенштейна.
       
       Михаил Владимирович Волькенштейн был одним из выдающихся отечественных биофизиков. Многие годы он работал в Институте молекулярной биологии Академии Наук СССР, занимаясь термодинамикой неравновесных процессов в открытых системах, исследуя биофизические аспекты структур и функций белков и мембранных биосистем. Его перу принадлежат множество статей, а также большие учебники-монографии (Волькенштейн, 1975; Волькенштейн, 1978; Волькенштейн, 1988). Во второй из этих книг он, в частности, изложил собственные формулы и аналитические вычисления ценностей информации - в физико-химических аспектах эволюционных процессов (с.509-521) и в генетическом коде (с.521-528). Целиком теоретико-информационному анализу биосистем посвящены многие его статьи, а также отдельные книги (Волькенштейн, 1982; Волькенштейн, 1986).
       Представление о том, что важнейшим функциональным аспектом информации является её ценность в “контекстах” биосистем, предложенные Волькенштейном формулы для количественных оценок и вычислений этой ценности - основное отличие его концепций от концепций Е.А.Седова, эту ценность не вычислявшего.
       Понятие “уровней иерархий” (“уровней рецепции информации”) в своих работах Волькенштейн вводил априорно. Вот несколько цитат из статьи, кратко отражающих его подход (Волькенштейн, Чернавский, 1979, с. 531-548): “...избыточность информации определяется уровнем рецепции данной рецепторной системы”, “уровень связан с её целью”. “Понятие тождественности объектов и тем самым избыточности информации непосредственно связано с уровнем рецепции”. “Следует различать рецепцию поступающей информации и возникновение новой информации в системе под влиянием внешнего сигнала”. “Процессы, протекающие в диссипативных системах, определяются рецепцией, запасанием (“запоминанием”) и созданием информации.”. Из этого следует необходимость не только использования понятия ценности информации, но и создания методов её количественных оценок для анализа эмпирических ситуаций в биосистемах - не только структур и функций, но и процессов развития.
       Рассмотрев трансляцию генетической информации от ДНК к белкам как каналы связи, Волькенштейн предложил систему вычислений её ценности в зависимости от уровней системы – тезаурусов молекулярных структур, эту информацию получающих и содержащих (Волькенштейн, 1974). “Суть дела заключается в том, что биологические системы являются не статистическими, но неравновесными динамическими, “машинными” системами... энтропия или эквивалентная ей информация недостаточны для описания поведения биологических систем ... необходимо понятие ценности, качества или содержания информации... Информация может иметь ценность, если система обладает “информационной структурой”, т.е. является определённым образом упорядоченной в пространстве и (или) во времени. В биологии информационная структура неоднородна и апериодична. ... В отличие от количества информации, её ценность может быть определена лишь применительно к конкретному физическому процессу рецепции и переработки информации.”
       Простейшими примерами этого автор считал первичные структуры кодирующих биополимеров (ДНК, РНК, белков). Автор сопоставил свой подход с подходом М.Эйгена (русское издание этой работы опубликовано в 1973 г.). Эйген вычислял “селективную ценность” биомолекул через их кинетические параметры, - не учитывая при этом, однако, первичную структуру той или иной информационной макромолекулы, что сам Волькенштейн впервые сделал в том же 1973 г. (см. журнал “Успехи физических наук”, т. 109, с. 499).
       В следующей своей статье (Волькенштейн, 1974) он привёл вычисления количества бит в среднем: на 1 нуклеотид, на 1 аминокислоту, и то же самое - с учётом известной вырожденности кода. Среднее количество бит на кодон (4.14 бит) оказалось близким к таковому на 1 букву русского текста (4.03 - 4.35 бит). Волькенштейн определил относительные информационные ценности разных кодонов через учёт изменений гидрофобностей аминокислот при различных заменах различных нуклеотидов - в виде таблицы, соответствующей всему известному триплетному ДНК-белковому коду. Это позволило ему прийти к интересному выводу: ценность информации (выраженная в ккал/моль) не коррелирует с её количеством. В частности, - триплеты, кодирующие одну и ту же аминокислоту, могут иметь различные ценности. При этом автор понимал ограниченность и условность этого подхода. (1) Так, он упоминал те случаи, когда конкретные замены некоторых аминокислотных остатков лишь в конкретных участках тех или иных конкретных белков могут нарушать их функции и потому быть летальными. (Замечу, что в этом примере Волькенштейна смыслы замен были определены холистически, с “верхних уровней” организации биосистемы, интерпретирующих информацию того или иного белка в собственном “контексте”. Полагаю, это - уже вполне биосемиотические взгляды.) (2) Особыми оказываются и случаи превращение кодонов в терминирующие. В целом - “подход, основанный на определении ценности информации, должен применяться к процессу биосинтеза белка в целом, с учётом роли всех участвующих в этом процессе факторов”. (там же, с.1398).
       Волькенштейн пытался анализировать в информационном ключе - с оценками надёжности - и эмпирические данные по первичным структурам генов конкретных белков. Так, подсчитав в гене гемоглобина человека количество возможных нонсенс-мутаций, а среди них - количества трансверсий и транзиций, он показал, что “генетический код обеспечивает пониженную вероятность мутационной терминации” (Волькенштейн, 1976). Заметим, что эта работа была опубликована за год до создания универсальных методов секвенирования ДНК (определения последовательностей нуклеотидов), и к анализу надёжности конкретных генетических текстов тогда ещё только подходили.
       Рассмотрев историю становления и развития классической теории информации, автор сумел критически рассмотреть её возможности (Волькенштейн, 1982): она даёт формулы для анализа кодирования, вычисления количеств информации и её избыточности, однако не содержит методов количественного анализа её создания, рецепции, запоминания. А именно все эти аспекты и являются важнейшими в разнообразных биосистемах. Здесь же, отдав должное подходам И.И.Шмальгаузена, Волькенштейн написал о его концептуальном вкладе - качественном рассмотрении в биосистемах прямой и обратной связи, кодирования, преобразования информации, постановке вопроса о её качестве.
       Принципиально новый вклад Волькенштейна - введение меры ценности информации в связи с её рецепцией биосистемой-приёмником, а также понятия уровня рецепции, связанной с запасом ранее полученной информации, который представляет из себя “тезаурус рецептора”. Предложена формула для вычисления ценности информации - возрастающей в последовательности уровней её рецепции как степень неизбыточности; “чем выше избыточность, тем выше ценность не избыточных элементов сообщения”. Исходя из этой формулы, ценность одной и той же информации возрастает в ходе развития. Наши знания об онтогенезе и филогенезе содержат множество примеров этого.
       Наиболее подробно и многоаспектно свои информационные представления Волькенштейн изложил в одной из последних своих книг, которая целиком посвящена именно этой проблематике (Волькенштейн, 1986). Чтобы понять логику подхода автора, приведём здесь сюжеты её глав. Это - термодинамика; энтропия и свободная энергия; энтропия и вероятность; статистика и механика; открытые системы; информация (включая её ценность); эволюция, информация, жизнь.
       Автор рассмотрел связь между физической энтропией белков, их конформациями и биологическими функциями. Даны формулы возрастания оттока энтропии при делении клеток. Рассмотрены примеры неравновесных систем, фазовых переходов, процессов и моделей, которым свойственно самоупорядочение: эффект Бенара, реакция Белоусова-Жаботинского, “брюсселятор” Тьюринга (1952 г.), модели Пригожина. Историю развития термодинамики Волькенштейн разделил на три этапа: (1) энтропийный - статистическая физика (Л.Больцман, Д.Гиббс); (2) анализ открытых неравновесных систем, близких к равновесию (И.Пригожин); (3) анализ открытых неравновесных систем, далёких от равновесия - физика диссипативных систем, синергетика (И.Пригожин, Г.Хакен).
       В качестве общей математической модели, обобщающей лингвистические и биологические феномены, автор остановился на цепях взаимозависимых вероятностей - марковских цепях: в них вероятность каждого последующего состояния или знака (в частности - буквы, нуклеотида, аминокислоты) более или менее зависит от того, какие состояния или знаки её предшествовали. Аналоги этого - от структур ДНК, РНК и белков до метаболических путей, онтогенетических, эволюционных и сукцессионных рядов.
       Автор построил таблицы количеств информации на букву и избыточности для текстов русского и английского языков с учётом корреляций в сочетаниях от 1 до 8 букв. Из этого анализа следует, что для понимания текста достаточно 40% букв.
       Он предложил развивать “информационную биологию”, основой которой должен стать анализ рецепции информации на разных уровнях восприятия биосистем-рецепторов. Это отличает позицию автора от взглядов Н.Винера и К.Шеннона, а также многих других авторов, включая Е.Седова. При этом “рецепция информации - необратимый, неравновесный процесс перехода диссипативной структуры из менее устойчивого в более устойчивое состояние. Этот процесс оказывается возможным лишь благодаря оттоку энтропии из рецепторной системы” (с.156). Здесь рассмотрены и методы вычисления ценности информации, которые в 1960-х гг. предлагали отечественные математики: М.М. Бонгард, Р.Л.Стратонович, А.А.Харкевич.
       В целом, по Волькенштейну, информационные процессы включают в себя два аспекта: рецепцию системой существующей информации и создание ею новой информации; второй аспект проявляется в процессах самоорганизации систем. Так, он считал, что “информация создаётся при появлении на свет каждого нового организма” (в смысле, предложенном Г.Кастлером, - как “запоминание случайного выбора”); это принципиально отличает концепцию Волькенштейна от концепций Шмальгаузена и Седова. По его мнению, следует создавать совершенно новую общую теорию запоминания информации, в которой уже “не имеет смысла говорить об эквивалентности информации и энтропии”. Как будет показано далее в этой главе, эта мысль получила развитие в работах коллеги М.В.Волькенштейна и его соавтора по ряду работ - Д.С.Чернавского.
       Здесь Волькенштейн отдал должное биолого-информационным концепциям предшественников - Э.Шредингера, который ещё в 1947 г. писал, что организм “питается отрицательной информацией”, рассмотренным выше работам И.И.Шмальгаузена, а также крупного отечественного биофизика Л.А.Блюменфельда. (Последний, впрочем, посчитав количество информации в организме человека, оценивал её только на микроуровнях, без учёта её избыточности и ценности - лишь на основе сведений о весе и количестве белков, количестве и расположении клеток.).
       Далее в этой книге приведены оригинальные авторские концепции и вычисления. Волькенштейн рассматривает ценность информации как её неизбыточность, незаменимость; формула для её вычисления на уровне Х - это простая дробь, числитель и знаменатель которой - соответственно, количества информации, воспринимаемые на 1-м и на Х-м уровнях. Автор вычислил количество информации в участке ДНК, состоящем из n нуклеотидов; в закодированном в ней белке; избыточности для того и другого; избыточности и ценности информации при разных уровнях рецепции. В представленных таблицах видно, как с возрастанием уровней возрастает и ценность нижнего уровня. На основе этого подхода посчитаны относительные ценности цитохромов С млекопитающих и птиц (наиболее “ценными” оказались они у человека и пингвина).
       С позиций своей концепции ценности информации автор интерпретировал и различные биологические феномены более высоких структурных уровней: распределения экологических ниш грызунов в Старом и Новом Свете (эмпирический пример из работ Н.Н.Воронцова), схемы дивергенции Ч.Дарвина, известные эмбриологические опыты К.Шпемана.
       Ценность информации, по Волькенштейну, возрастает в процессе эволюции; в частности, в генах и белках сначала появляется избыточность, а затем происходят такие замены мономеров, благодаря которым возрастает ценность. При развитии организмов возрастают и ценность информации. и избирательность её рецепции. В целом “отбор именно ценной информации не требует дополнительных энергетических расходов”. “В живых системах постоянно реализуются триггерные ситуации - единичные сигналы, несущие очень малое количество информации, вызывают большие последствия.” (В качестве примера автор привёл известные опыты Ж.Лёба с укалыванием яйцеклеток). В целом ценность информации пропорциональна её неизбыточности, которая определяется информационными ёмкостями различных уровней организации биосистем (Волькенштейн, Чернавский, 1979).
       Касаясь количественных мер сложности систем, Волькенштейн упомянул работы Колмогорова, Чаитина, Мартин-Лёфа. Информационная сложность тоже зависит от уровня рецепции, от тезауруса системы, принимающей информацию. Здесь автор приводит яркий пример: один и тот же мозг с позиций нейрофизиолога - гораздо сложнее, чем с позиций мясника.
       Последняя тема этой работы - количественные подходы к процессам художественного творчества как к созданию новой информации; ниже мы коснёмся соответствующей статьи этого автора - хронологически первой и наиболее подробной (Волькенштейн, 1970).
       Во 2-м, последнем, издании монографии “Биофизика” (Волькенштейн, 1988) рассмотрены проблемы финализма и каузальности; несколько глав посвящены структуре и регуляции генов, однако информационных вычислений в них нет. Автор отметил, что “теория запоминания информации - её рецепции и создания - не разработана. При обсуждении запоминания не имеет смысла более говорить об эквивалентности информации и энтропии. Дело в том, что мы не располагаем пока определением энтропии для систем, далёких от равновесия, для процессов запоминания... Термодинамика систем, далёких от равновесия и обладающих долговременной памятью, ещё не построена” (с.307). Однако “сейчас начался процесс объединения теории эволюции с физикой, с кибернетикой, с теорией информации”; при этом эволюцию можно рассматривать феноменологически как совокупность марковских процессов (с.554). Так, “ароморфоз Северцова подобен фазовому переходу”. Здесь же даны оценки нескольких удачных информационных моделей макромолекулярной эволюции: “Модель Эйгена, объясняющая отбор пра-тРНК с наибольшей селективной ценностью, описывает механизм флуктуационного уменьшения энтропии в диссипативной системе. Мутация, отвечающая возрастанию селективной ценности, приводит к возникновению упорядоченности.”. (там же; приведен и соответствующий график.). Рассмотрена также другая математическая модель упрощённой биологической информационной системы - сайзер, построенная В.А.Ратнером с коллегами в 1982 г. в которой, в отличие от гиперциклов М.Эйгена, учтены обратные связи - роль белков в системах репликации, транскрипции и трансляции.
       Здесь Волькенштейн также привёл свои данные по анализу ДНК-белкового кода - в виде таблиц ценности кодонов в ДНК и аминокислот в белках. Однако, оценив собственные вычисления возрастания ценности конкретных белков в филогенезе, он констатировал, что эти результаты соответствуют биологическим данным для цитохромов С, но не для гемоглобинов.
       Вся эта совокупность многолетних теоретико-информационных построений привела М.В.Волькенштейна к выводу, что “в качестве одного из основных принципов теоретической биологии можно ввести не принцип возрастания сложности, но принцип возрастания ценности, т.е. незаменимости информации как в филогенетическом, так и в онтогенетическом биологическом развитии” (там же, с.572).
       Очень сдержанно оценив свой собственный теоретико-информационный вклад в биологию, Волькенштейн, тем не менее, очень оптимистично оценил будущее значение этого направления для всей теоретической биологии: “Исходя из молекулярно-генетических данных, количество которых пока чрезвычайно мало, опираясь на уже развитые информационные подходы, будущая наука построит модельную физико-математическую теорию эволюции... Мы находимся в начале построения теоретической биологии, фундамент которой был заложен Дарвином и Менделем.” (там же, с. 573).
       Интересен ещё один теоретико-информационный сюжет в интеллектуальном творчестве М.В.Волькенштейна: количественный информационный подход к анализу поэтического творчества (Волькенштейн, 1970). Сюжет этот имеет мета-системный характер и тесно связан с представлениями автора об эволюции. Примечательно, что это оригинальное исследование было опубликовано в научно-популярном журнале: в те годы в нашей стране именно таким путём “выходили в свет” и многие другие вполне научные междисциплинарные идеи, казавшиеся слишком необычными для “строгих” академических публикаций.
       Общая позиция автора была такова. “В стихотворении информативно всё: содержание, словарь, образы, ритм, инструментовка, размер, рифмы.” Эти компоненты произведений системны, так как на аддитивны. Стихотворение - это проявление жизни, и потому аналогия его с живым отнюдь не поверхностна. Рецепция его может сопровождаться “шумами” и информационными потерями, вызванными личностными различиями между автором и читателем. При этом различные читатели имеют отчасти различные тезаурусы - предварительный запас информации - и потому получают отчасти разное от одного и того же поэтического текста. При этом ценность информации низка как при малом тезаурусе (многое не понятно), так и при большом (многое уже известно и кажется банальным). “Для восприятия и сотворчества необходим оптимальный тезаурус, не малый, но и не слишком большой”. Далее предложена формула для вычисления ценности информации, в показателе степени которой - отношение величины тезауруса к получаемой информации. Её частные случаи: сильное уменьшение ценности при уменьшении информации - как при уменьшении, так и при увеличении тезауруса; сильное возрастание информации при возрастании тезауруса; прямая зависимость ценности информации от величины тезауруса. “В переводе происходит утрата части исходной информации и создание новой поэтической информации. Главная цель перевода - сохранение целостной информационной системы стихотворения ценою потери частностей.” Автор пришёл к выводу: “До количественной математической эстетики ещё далеко. Однако по мере углубления любой области знания возрастает математизация. Без математического аппарата не обходятся сегодня ни экономика, ни социология... Алгебра поверит гармонию, хотя и не заменит её.”.
       Весьма показательно здесь то, что уже в те годы два отечественных представителя точного знания - специалист по технической кибернетике Е.А.Седов и биофизик М.В.Волькенштейн - видя фундаментальные системные аналогии между биосистемами и вербальными произведениями, стремились разработать общие
количественные методы вычисления информации в тех и других.

       Количественные теоретико-информационные подходы к проблемам цитологии и нейробиологии: работы О.Г.Чораяна.

       Фрагментарно попытки точного информационного анализа нейроструктур и процессов - как нормальных, так и патологических - представлены во многих работах; однако из отечественных изданий лишь книга (Чораян, 1981) содержит многоаспектный анализ этой проблематики. Более того, - именно в ней сделана ещё одна попытка “проложить мостик” между анализом эмпирических данных нейрофизиологии и их логико-философским осмыслением.
       Изложение автор начал с семантического анализа понятия информации, как бы обрисовав покрываемое им смысловое поле. Цитируя работу G.Miller (1978), он привёл пары понятий, оппозитно характеризующих информацию и неопределённость (энтропию): негэнтропия - энтропия, сигнал - шум, точность - ошибка, форма - хаос, регулярность - случайность, узор или форма - отсутствие таковых или аморфность, порядок - беспорядок, организация - дезорганизация, регулярная сложность - нерегулярная простота, гетерогенность - гомогенность, невероятность - вероятность, предсказуемость - неопределённость. Далее, он логически сгруппировал работы по теории информации, по-разному информацию характеризующие. Вот они (здесь ссылок на цитируемые автором работы мы не приводим, т.к. они есть в самой монографии). “Информация - это общее свойство материи”: У.Эшби, 1959; Н.Винер, 1960; В.М.Глушков, 1963; Зальцберг, 1963 и другие. “Информация охватывает лишь определённый класс объектов”: Иванов С.И., 1960; Жуков Н.И., 1971., Тюхтин В.С., 1972, и др.. “Понятие информации эквивалентно понятию отражения”: Украинцев Б.С., 1963; Урсул А.Д., 1971. “Информация есть только в живом, и потому это понятие - уже, чем понятие отражения”: Н.И.Жуков, 1971. Коснулся автор и тех работ - как собственных, так и своих предшественников, - в которых ранее были рассмотрены и статистические, и семантические, и прагматические аспекты информации: Гришкин И.И., 1973; Шрейдер Ю.А., 1974; Войшвилло Е.К, 1976; Чораян О.Г., 1978.
       Далее в этой монографии приведен сравнительных анализ попыток вычислить количества информации в цитологических и неврологических исследованиях. Информация при этом вычисляется по классической формуле Шеннона - как мера гетерогенности систем (исходя из распределений частот элементарных событий в них). Так, по данным самого автора, перерезание блуждающего нерва приводит к такому изменению частотного распределения нервных волокон по их диаметрам, что информация в нерве уменьшается. Статистическая энтропия - мера, обратная информации, - у здоровых равна 1.24, у больных сердечной недостаточностью без отёков - 1.302, у таких же больных с отёками - 1.34 (Бандарин В., 1974). В эмбриогенезе кур при дифференцировке динамика микроэлементов в желточном мешке такова, что количество информации как меры разнообразия их содержания увеличивается. (Автор этой работы - Бессчётнов И.). Количество информации электрических потенциалов одиночных нейронов коррелирует с уровнями эволюционной организации их хозяев в ряду “улитка - рак - лягушка - крыса - кролик” (Nakahama, Nishioka, 1966, 1971; Чораян, 1969-1977). Автор отмечает, что делались попытки оценить информационную ёмкость яйцеклеток и взрослых особей млекопитающих: они оказались равны, соответственно, 10 в 15-й и в 25-й степени бит (Равен К.П., 1961; Эльзассер Э.М., 1968). При этом Равен уподоблял яйцеклетку каналу связи, а особь - адресату; при этом онтогенез интерпретировался как декодирование информации, закодированной в яйцеклетке. Однако позже было показано, что концептуально и, соответственно, количественно Равен и Эльзассер ошибались (Аптер, 1970, с. 98-104). Автор сравнил вычисления скоростей проведения информации по каналам связи в разных системах организма: в нервной системе - 100 м/сек и более 1000 бит/сек, в артериях, соответственно, менее 0,3 и около 300, в капиллярах - 0.001 и менее 1500 (Buggliarello, 1973). При частоте пульса 70 ударов в минуту химические сигналы передают 3.5-4.7 бит/сек., при наличии 60 химических каналов сумма составляет 210-280 бит/сек (Jamamoto, 1962). (Заметим, однако, что теперь обнаружено свыше 1000 различных нейропептидов, представляющих из себя информационные макромолекулы и служащих нейротрансмиттерами. Поэтому все эти оценки количеств и скоростей передачи информации должны соответственно увеличиться. - Прим. автора.).
       Далее автором рассмотрены данные из коллективной монографии (“Теория информации в медицине”. Минск, 1974). Энтропия, вычисленная по спектру калибров миелиновых волокон, в ряду от рыб к рептилиям падает, а в ряду гомойотермных позвоночных - наоборот. Туберкулёз лёгких приводит к возрастанию частотной энтропии белкового спектра сыворотки крови; сходные результаты следуют из данных по электрофорезу липо- и фосфопротеидов. При этом чем тяжелее степень заболевания, тем больше эта энтропия. Аналогичны данные по дерматозам, по активности фермента гиалуронидазы при нефритах, по спектрам катехоламинов при остром лейкозе и при шизофрении.
       Особое внимание уделено информационным вычислениям для нейронных систем. Так, изучено распределение по длительности синаптической задержки и информационные ёмкости нейронов, а также скорость проведения через 1 нейрон: она равна 1120 бит/сек (MacKay, MacCulloch, 1952); к этим данным сделаны поправки (Marco, 1962; Farber, 1968). Измерены зависимости количеств входной и выходной информации в нейронах, получены соответствующие распределения Пуассона; для всего этого семейства кривых скорости проведения информации получились 4000 бит/сек/нейрон (Rapoport, Horvath, 1960). Позже были получены сходные данные: при входной информационной ёмкости 2000 бит/сек. выходная ёмкость возрастает в зависимости от скорости передачи, достигая 4000 бит/сек (Miller, 1978). Оценки информационной ёмкости зрительного канала варьируют от 4 х 4 в 6-й степени до 10 в 9-й степени бит/сек (Jacobson, 1951). Однако вычисления, основанные на оценках работы калий-натриевого насоса (без других ионов) при прохождении одного импульса, дают гораздо большие величины: для аксона кальмара - 1.7 х 10 в 13-й степени бит/кв.см., для перехвата Ранвье у лягушки - 2.1 х10 в 14-й степени бит/кв.см (Margineanu, 1972). Рассмотрены результаты экспериментов и расчётов по формуле Шеннона взаимообмена информацией между входом и выходом в зрительных нервных волокнах (Herman, Olsen, 1967; Stark и др., 1969). Так, в одиночном светочувствительном нервном волокне длиной в 1 см яркий свет вызывает проведение 280 бит/сек, умеренный -140 бит/сек, а темнота - 80 бит/сек. При этом в нервных клетках интервальное кодирование влияет на пропускную способность канала больше, чем частотное кодирование - соответственно, около 100 бит/сек. и около 3 бит/сек. В другом исследовании (Stein, 1967) построены кривые зависимости пропускной способности от логарифма времени для 4 типов нейронов: (1) случайные возбуждения + частотный код; (2) регулярные возбуждения + частотный код; (3) двоичный импульсный код; (4) широтно-импульсный код. Для нейронов периферии и центра зрительного анализатора вычислены теоретически и определены экспериментально зависимости проведения информации (в бит/сек) от частот импульсов; показано, что для ганглиозных и для главных клеток количество информации возрастает гораздо больше, чем скорость её передачи (Eckhorn, Popel, 1975). Построены таблицы пропускных способностей (в бит/сек) для различных типов нейронов у различных животных: аплизии, мечехвоста, рака, лягушки, кошки, обезьяны; сопоставление этих данных показало, что в каналах связи зрительных и слуховых систем клетки передают информации меньше, чем в механорецептивных каналах; кроме того, в филогенезе пропускная способность в фоторецепторах уменьшается, а в центральной нервной системе, - наоборот, возрастает (Farber, 1968; Чораян, 1974-1978).
       Здесь О.Г. Чораян коснулся и попытки оценить информационную
ёмкость биосферы (Theodoridis, Stark, 1973) - по-моему, слишком обобщающей и потому неудачной.
       Далее рассмотрены важнейшие характеристики информации - надёжность и избыточность. Была предпринята попытка создать (на базе теоремы Шеннона об избыточности и работы У.Р.Эшби 1962 г.) математический аппарат для вычисления сигнальной и структурной информационной избыточности через сложность структур, а на основе этого подхода - кибернетическую теорию биологического гомеостаза (Железнов Н.А., 1975). Затем рассмотрены физиологические данные: через органы чувств поступает 3 х 10 в 9-й степени бит/сек (Barlow, 1968), а для принятия одного целесообразного решения нужно 20-25 бит/сек (Quastler, 1955). Таким образом, “входная” избыточность перцепции и нервной системы очень велика. Здесь приведена модификация формулы Шеннона для избыточности, позволяющая вычислять её через соотношение скорости потока информации через канал связи и его пропускной способности. Автор привёл свои данные 1965 г. по определению избыточности и надёжности различных клеток сетчатки и мозга лягушки и различных нейронов рака. В филогенезе увеличивается информационная ёмкость нервных структур; при различных системных патологиях - туберкулёзе, гломерулонефрите, лейкозах - уменьшается информационная избыточность (см. коллективную монографию “Теория информации в медицине”, Минск, 1974, цитированную выше). Надёжность информации Чораян определяет как её избыточность на входе.
       Интересно здесь и то, что автор обратил внимание на давнюю работу наших коллег - молекулярных биологов (Белозерский, Спирин, 1960), где в таблицах нуклеотидных составов ДНК были приведены и количества энтропии, и величины избыточности целых геномов. Проводились аналогичные вычисления и на базе содержания аминокислот в белках (тромбинах) (Бандарин, 1974). Сейчас ясно, однако, что для решения биологических проблем эти меры не операциональны.
       И, наконец, в этой монографии изложены общесистемные количественные подходы к вычислению семантической и прагматической информации, предложенные не только другими исследователями, но и самим автором - профессиональным нейрофизиологом.
       Семантической автор называл такую информацию, которая повышает адаптивность поведения системы в целом. Согласно работе (Шрейдер Ю.А., 1975), в цепочке “обозначаемое - текст - адресат” место семантики - между обозначаемым и текстом, а место прагматики - между текстом и адресатом; семантическая информацию вычисляется по приращению тезауруса системы-приёмника. Далее Чораян обсудил самые ранние подходы к вычислению семантической информации - через логические вероятности высказываний (Carnap, 1950; Bar-Hillel, 1952), математический метод измерения количества информации с учётом её значения, ценности и полезности (Oestreicher H.L.,1978), работы Ч.Пирса, Я.П.Терлецкого, а также рассмотренные нами выше работы Е.А.Седова и М.В.Волькенштейна.
       Далее автор предложил свой собственный метод расчёта семантической информации, напоминающий подход А.А.Харкевича (1960 г.): получаемая информация равна двоичному логарифму соотношения вероятностей системы после получения сообщения и до этого. При этом рост информации тоже зависит от информации тезауруса системы.
       Далее приведены собственные наблюдения и расчёты автора - сравнения количеств статистической и семантической информации для различных афферентных и эфферентных нейронов. Показано, что тогда, когда семантическая информация в них растёт, например при адаптации, статистическая - растёт не всегда, однако возрастает информационная ёмкость, связанная с потенциалом действия. Электрофизиологический анализ единичных нейронов лобных долей при принятии решения показал, что семантическая информация растёт и при образовании условных рефлексов - в реакциях как на безусловный, так и на условный стимулы.
       Понятие прагматической информации Чораян связал с ростом вероятности достижения системой конкретной цели. Здесь Чораян проанализировал соответствующие работы А.А.Харкевича (1960 г.), М.М. Бонгарда (1963, 1967 гг.), М.В.Волькенштейна и Д.С.Чернавского (1979 г.).
       Дроби, отражающие соотношения количеств статистической и семантической информации, характеризуют эффективность восприятия информации системой-приёмником, меру “мобилизуемости” тезауруса этой системы, а также соотношения кодирования и декодирования информации в системах связи. Чем больше такая дробь, тем хуже функционирует информационная система. Дроби, отражающие соотношения количеств семантической и прагматической информации, являются мерами полифункциональности системы.
       Чораян не ограничился теоретическими количественными построениями: он привёл соответствующую собственную таблицу данных для единичных нейронов, в том числе и во время образования условных рефлексов. Проанализировав собственными методами электроэнцефалограммы, полученные для различных долей коры головного мозга человека, он показал, что в лобной коре возрастает и варьирует количество семантической информации, а в теменной - прагматической.

Синергетический подход и динамическая теория информации - анализ макроинформации в диссипативных системах, включая некоторые биологические информационные системы: работы Д.С.Чернавского.

       Д.С.Чернавский - известный современный физик, биофизик, специалист по моделированию развивающихся систем и один из известнейших специалистов по синергетике, заведующий сектором теоретической биофизики Физического института им. П.Н.Лебедева РАН. В разработке обсуждаемых проблем он сотрудничал с М.В.Волькенштейном (см. Волькенштейн, Чернавский, 1979). Первое издание работы Д.С.Чернавского “Синергетика и информация” было опубликовано ещё 14 лет назад в виде небольшой научно-популярной брошюры (Чернавский, 1990), в которой он благодарит М.В.Волькенштейна “за плодотворные обсуждения данной работы” (с. 4). Эта тематика интенсивно развивалась: обсуждаемая ниже недавняя книга Чернавского с таким же названием - это уже большая монография (Чернавский, 2004).
       Свои теоретические выкладки, формулы и вычисления, логические умозаключения и рассмотрение примеров Чернавский строит, стремясь связать информационные структуры и процессы с моделями динамических систем, с концепциями синергетики.
       Имеет смысл подробнее рассмотреть ряд положений этой монографии - для того, чтобы составить представление о том, насколько эффективны современные синергетико-информационные подходы для решения конкретных проблем биологии.
       В Главе 1 “Основные понятия динамической теории информации”, Д.С.Чернавский приводит несколько определений информации, данных другими авторами, и выбирает одно из них - данное ещё в 1960-х гг. Г.Кастлером (Кастлер, 1967): “Информация есть запомненный выбор одного варианта из нескольких возможных и равноправных” (Чернавский, 2004, с.13). Приведя это определение, Д.С.Чернавский сразу же приводит ряд аргументов в его пользу. Далее автор рассматривает такие аспекты информации, как её количество, ценность, рецепция и генерация информации, иерархия информационных уровней. Здесь же он вводит понятия условной и безусловной информации и, развивая подход, начало которому было положено в 1980-х гг. классиком синергетического подхода к информационным системам Г.Хакеном (Хакен, 1991), обсуждает понятия макро- и микроинформации. Макроинформация - это информация, запоминаемая макросистемами; её носители, имеющие минимальные размеры - это киральные пары правых и левых изомеров органических молекул (аминокислот и сахаров): в живых организмах присутствует лишь по одному из двух членов таких пар - по-видимому, выбранных макромолекулярными системами в эпоху возникновения жизни.
       Наряду с теоретическим физико-математическим анализом динамических систем (эти подходы изложены в Главе 2), использование представления Г.Кастлера для направленного изучения информации, запоминаемой системами (макроинформации), позволило автору построить ряд моделей генерации ценной информации (т.е. запоминания случайного выбора), в том числе и отображающих некоторые базовые свойства биологических систем. Чернавский сознательно ограничивает свой подход рассмотрением лишь макроинформации (Чернавский,2004, с. 25) - подчёркивая её принципиальные отличия от микроинформации. Понятие “микроинформация” относится к малым объектам - размеров атомов и малых молекул, например, термодинамически равновесных газов - и событиям на малых интервалах времени - например, изменениям распределений таких молекул по пространству и скоростям. Микроинформации “соответствует принципиально не запоминаемый выбор” - например, выбор одного из микросостояний идеального газа. Микроинформацию можно вычислять по формуле Шеннона на основе анализа статистических распределений вероятностей таких состояний. Ранее автор называл её также “информацией по Бриллюену” (Чернавский, 1990). Существенно то, что “микроинформация не может быть ни ценной, ни смысловой”. Здесь автор опровергает широко распространённые представления о любой информации как о негэнтропии (Чернавский, 2004, с.27-28): подход к информации как к негэнтропии он считает приемлемым лишь для микроинформации, а потому лежащим вне рамок интересов биологии и ряда других наук, изучающих информационные системы. (Так автор называет все системы, способные получать, хранить и генерировать информацию.). Как будет разъяснено в следующем абзаце, все они относятся к макросистемам. Этим взгляды Д.С.Чернавского на информацию принципиально отличаются, в частности, от обсуждаемых выше взглядов Е.А.Седова, И.И.Шмальгаузена, и О.Г.Чарояна.
       Вводя представления о макроинформации, или “информации по Кастлеру” (Чернавский, 1990), автор утверждает, что “макроинформация может содержаться только в макрообъектах”, а “граница между макро- и микрообъектами проходит на уровне макромолекул, размеры которых имеют порядок нанометров” (Чернавский, 2004, с.26; далее постраничные ссылки даны по этому изданию). Это, как мы знаем, - нижние границы физических размеров биологических систем.
       Остановимся на том, какие же конкретные биологические объекты и явления даёт возможность описывать развиваемый Чернавским аналитический аппарат синергетики и динамической теории информации..
       Очень существенно то, что предназначен он для анализа процессов развития биологических систем - эволюции, онтогенеза, обучения. Это именно те проблемы, для анализа которых развивавшиеся ранее и ставшие традиционными “негэнтропийные” (т.е. микроинформационные) подходы ничего не смогли дать.
       В общем виде (без численных мер количеств информации) Д.С.Чернавский рассматривает конкурентные отношения между некими абстрактными элементами, когда “при встрече двух разных элементов каждый из них стремится либо навязать другому свою информацию, либо “убить” его”. Развивая эту модель, автор рассматривает в качестве первых макроинформационных событий нарушения киральной симметрии биологических молекул в начале зарождения жизни - акты выбора предшественниками биосистем лишь по одному из двух оптических изомеров. (Известно, что наличие в биологических системах лишь одного из двух возможных киральных изомеров характерно для многих аминокислот и сахаров) (с. 97-98, 149). С этих позиций Чернавский рассматривает и основы внутривидовой взаимопомощи и симбиоза (с.107-108). Далее автор предлагает математические модели для отдельных конкретных примеров, относящихся к трём группам биологических проблем: возникновению жизни, некоторым аспектам онтогенеза и проблемам обработки информации в нейросетях. Чернавский обсуждает процессы генерации ценной информации при возникновении жизни: три их этапа, третий из которых - образование мультистационарной диссипативной информационной системы, состоящей из полипептидов и полинуклеотидов; молекулярных механизмов авторепродукции (в виде блок-схем) и в связи с ними, на основе единственного белка репликазы - как слепка с ДНК - выбор единого генетического кода (автор вычисляет количество информации в нём - 80 бит). Здесь приводятся вычисления количеств ценной информации в белках и белковых системах при условии равных вероятностей составляющих их аминокислот. “Большие скачки” эволюции, требующие появления сразу нескольких новых белков - такие как фотосинтез и выход жизни на сушу - обсуждаются лишь качественно. Далее, рассматривая возможности возникновения разнообразия при градуальной эволюции, автор вычисляет вероятности замен нуклеотидов при замене 3 аминокислот в белке, приходит к выводу о том, что вероятность такого процесса не является малой, и вычисляет количество новой ценной информации, полученное при этом - 60 бит (с. 155-158). Однако, исходя из вычислений количества информации, он приходит к выводу, что вероятность возникновения заново белка длиной 200 аминокислот “абсурдно мала” (с. 158). Информационный выход из этой ситуации, необходимый для образования на молекулярном уровне эволюционных скачков - ароморфозов, автор видит в том, что “помимо точечных мутаций, существует другой механизм - блочные мутации. При этом новый белок собирается из уже имеющихся остатков старых белков. Информация, содержащаяся в блоках, не пропадает, а сохраняется и используется уже в новой белковой конструкции, выполняющей новые функции” (с. 159). Далее автор показывает, что теоретически вычисленные вероятности таких процессов не малы, и это подтверждается современными эмпирическими знаниями об интронно-экзонной организации генов и многих других наследственных структур, которым свойственна блочная рекомбинация. “Может оказаться, что вся информация белка ... является ценной на разных иерархических уровнях” (с. 159-161); здесь автор упоминает и участие белков базового метаболизма в онтогенезе.
       Обсуждая информационные аспекты онтогенеза (Глава 5), Чернавский использует модели параметрической регуляции процессов как воплощение принципов наложения информации разных уровней (с165-166). В качестве примера онтогенеза рассмотрена математическая модель реальной динамической системы - коллективного поведения амёб и морфогенеза миксомицета Dictiostelium discoideum. При этом никаких вычислений количеств информации не производится и в аналитических выражениях информация не фигурирует; в модели лишь используются присущие синергетическим моделям бифуркации - самопроизвольные переключения системы на “Банк постоянных параметров” - информационный массив, которым является геном. От него, в частности, зависят концентрации морфогенов (с. 167-179).
       В следующей главе “Обработка информации в нейросетях и проблемы мышления” (Глава 6) Д.С.Чернавский рассматривает общие свойства мышления, делает экскурс в теорию распознавания образов и описывает принципы организации распознающего нейропроцессора и нейрокомпьютеров. Он рассматривает принципы перекодирования и выделения ценной информации (не приводя аналитических выражений и формул). Далее автор приходит к выводу, что “мышление человека в значительной части можно свести к распознаванию образа” (с. 203).
       Этим в обсуждаемой книге и ограничиваются эмпирические и полуэмпирические примеры информационных подходов к биосистемам. Мы видим, что и в этой “динамической теории”, как и в рассмотренных выше теоретико-информационных работах, феномены информации “многолики”. Здесь, однако, подходы к оценкам её накопления и проявлений тесно “вплетены” в аналитический аппарат синергетики. С одной стороны, перед нами - довольно строгая концептуальная система. С другой - в её рамках описаны лишь единичные элементарные аспекты сложных фундаментальных биологических информационных процессов - молекулярной эволюции, онтогенеза, работы мозга. Принципиально новым при этом синергетическом подходе является анализ основ различных процессов биологического развития. Однако многие важнейшие аспекты таких процессов (например, морфогенез) при этом остаются “за кадром”.
       Не будем касаться далее прочих - весьма многочисленных - отечественных попыток применить теорию информации в биологии: на наш взгляд, все они представляют собой не целостные концептуальные системы, а лишь эпизоды в научном творчестве их авторов.
       Анализ рассмотренных нами выше работ приводит к следующим выводам.
1. Теоретико-информационные подходы охватывали все уровни биосистем: макромолекулярный (у М.В.Волькенштейна и Д.С.Чернавского), клеточно-организменный в нейробиологическом аспекте (у О.Г.Чораяна и Д.С.Чернавского), популяционный и биоценотический (у И.И.Шмальгаузена), а также сочетания разных уровней, представления о которых рассматриваются в общем виде (у Е.А.Седова).
2. Преемственность между рассмотренными работами выявляется лишь в наличии самой “теоретико-информационной парадигмы”. Различны не только их сюжеты - что вполне естественно, так как различны их проблемные области, рассматриваемые биологические задачи и структурные уровни биосистем. Различен и предлагавшийся ими логико-математический “арсенал”; явно наблюдаются совершенно различные когнитивные авторские стили. Более того - различны и базовые представления авторов об информации: первые три автора не делали акцента на проблеме запоминания информации - в отличие от концепций Д.С.Чернавского, где именно выбор с запоминанием лежит в основе динамической теории информации.
3. Во всех этих работах рассматриваемые биологические задачи
       анализируются - и логически и количественными методами - так,
       что полученные системы выводов носят общесистемный
       характер, и потому экстраполируются самими авторами и/или
       могут быть экстраполированы на другие феномены - включая не
       только биологические. Яркие примеры этого - количественный
       подход М.В.Волькенштейна к поэзии, общий дискурс
       Е.А.Седова, экономические модели в последней главе
       последнего издания книги Д.С.Чернавского, а также
       синергетическая концепция творческого процесса, недавно
       изложенная этим же исследователем в телепередаче цикла
       “Гордон”.
4. Эти “когнитивные системы” носят не только теоретико-биологический, но и явный философско-методологический характер. (Особенно это наглядно у Е.А.Седова, О.Г.Чораяна и Д.С.Чернавского).
5. Несмотря на то, что эти системы стройны, целостны и оригинальны, а во многом являются и строго количественными, они всё же представляют собой скорее системы представления данных, чем теории, так как практически не обладают прогностическими возможностями в отношении конкретных биологических объектов.
6. Это позволяет считать, что, с одной стороны, “теоретико-информационная парадигма”, представленная и этими глубокими многоаспектными работами, уже органично вошла в нашу картину мира и способ восприятия систем (в том числе и биосистем); однако, с другой стороны, она оказалась необходимой, но не достаточной: к настоящему времени понимание работы конкретных информационных биологических систем гораздо больше зависит от эмпирических исследований конкретных структур и функций, чем от теоретико-информационных концепций.
       Осмыслению общих фундаментальных проблем устройства и функционирования различных биосистем, включающему в себя и теоретико-информационный подход - наряду с историко-научным анализом, современными концепциями биосемиотики и другими методологическими подходами - посвящены другие главы этой книги.

ЛИТЕРАТУРА

Аптер М. Кибернетика и развитие. Москва. Изд-во “Мир”, 1970.
Введение в биоэтику. Учебное пособие под общей редакцией Б.Г.Юдина и П.Д.Тищенко. Москва, Изд-во “Прогресс-Традиция”, 1998.
Воронцов Н.Н. Развитие эволюционных идей в биологии. Москва,
       Изд-во “Прогресс-Традиция”, 1999.
Волькенштейн М.В. Стихи как сложная информационная система. //
       Наука и жизнь. 1970, №1. С.72-78.
Волькенштейн М.В. Количество и ценность информации,
       содержащейся в кодонах. //Доклады АН СССР, 1974. Т.216, №6.
       С. 1395-1398.
Волькенштейн М.В. Молекулярная биофизика. Москва. Изд-во
       “Наука”, 1975.
Волькенштейн М.В. О трансверсиях и транзициях. // Молекулярная
       биология. 1976. Т.10, вып.3. С.498-500.
Волькенштейн М.В. Общая биофизика. Москва. Изд-во “Наука”,
       1978.
Волькенштейн М.В. Теория информации и эволюция. (Препринт.).
       Пущино, 1982.
Волькенштейн М.В. Энтропия и информация. Москва. Изд-во
       “Наука”, 1986.
Волькенштейн М.В. Биофизика (2-е изд.). Москва. Изд-во “Наука”.
       1988.
Волькенштейн М.В., Чернавский Д.С. Физические аспекты
       применения теории информации в биологии. // Известия АН
       СССР, серия биологическая. 1979, №4. С.531-548.
Гайсинович. А.Е.: Зарождение и развитие генетики.
       Москва, Изд-во ”Наука”, 1988 г.
Гершкович И.: Генетика. Москва, Изд-во “Наука”, 1968.
       (Пер. с англ. 2-го издания: Herskovitz I.: Genetics. Litt1e, Brown &
       Ko. Boston & Toronto, 1965).
Голубовский М.Д. Век генетики: эволюция идей и понятий. Санкт-
       Петербург, Изд-во “Борей Арт”, 2000.
Грэхэм Л.Р. Естествознание, философия и науки о поведении в
       Советском Союзе. Москва, Изд-во политической литературы,
       1991.
Жуков Н.И. Информация. Философский анализ. Минск, 1968.
Жуков-Вережников Н.Н. Теория генетической информации.
       Москва, Изд-во “Мысль”, 1966.
Иванченко Г.В. Принцип необходимого разнообразия в культуре и искусстве. Таганрог, Изд-во ТРТУ, 1999.
История биологии с начала ХХ века до наших дней.
       Москва, Изд-во “Наука”, 1975. С.379.
Кастлер Г. Возникновение биологической организации. Москва, “Мир”, 1967.
Колчинский Э.И. Эволюция биосферы. (Историко-критические очерки исследований в СССР.). Ленинград. Изд-во “Наука”, 1990.
Кольман Э. Что такое кибернетика? // Вопросы философии, 1955.
       №4. С.148-159.
Концепция информации и биологические системы. Москва, Изд-во
       “Мир”, (Пер. с англ., под ред. и с предисловием д.м.н. В.С.
       Гурфинкеля. - материалы 10-й ежегодной научной конференции
       Хьюстонского неврологического общества; английский
       оригинал - 1963 г.).
Копаладзе Р.А. Регламентация экспериментов на животных - этика, законодательства, перспективы. Под ред. П.А.Горбуновой. Москва, 1998.
Корочкин Л.И. Свет и тьма. Санкт-Петербург, 1993.
Кулаичев А.П. Компьютерная электрофизиология. Изд-во МГУ,
       2002.
Левина Е.С., Седов А.Е. Молекулярная биология в России
       советского периода. (Опыт краткой истории.). //Молекулярная
       биология, 2000. Т.34, №3. С.488-518.
Леонтьев А.Н., Кринчик Е.П.: О некоторых особенностях процесса
       переработки информации человеком. //Вопросы психологии,
       1962. №6. С.14-25.
Лужков Ю.М. Возобновление истории. Человечество в XXI веке и
       будущее России. Москва. Изд-во МГУ. 2002.
Мирзоян Э.Н. Этюды по истории теоретической биологии. Киев, 2001. С.211-223.
На пути к теоретической биологии. I. Пролегомены. Москва,
       Изд-во “Мир”, 1970. (Пер. с англ., под ред. и с предисловием
       акад. Б.Л.Астаурова. - Материалы Международного симпозиума
       по теоретической биологии, организованного под руководством
       К.Уоддингтона; из трёх книг - материалов таких симпозиумов, в
       СССР была издана лишь эта, первая.).
Назаретян А.П. Цивилизационные кризисы в контексте
       Универсальной истории. (Синергетика, психология и
       футурология.). Москва. Изд-во “Per Se”, 2001.
О положении в биологической науке. Стенографический отчёт
       сессии ВАСХНИЛ 31июля – 7 августа 1948 г. ОГИЗ –
       СЕЛЬХОЗГИЗ, Государственное издательство
       сельскохозяйственной литературы, Москва, 1948.
Ратнер В.А., Жарких А.А., Колчанов Н.А., Родин С.Н., Соловьёв
       В.В., Антонов А.С. Проблемы теории молекулярной эволюции.
       Москва, Изд-во “Наука”, 1985.
С.Н.Родин: Идея коэволюции. Изд-во “Наука” СО РАН, 1994.
Седов Е.А. К вопросу о соотношении энтропии эволюционных
       процессов и физической энтропии. //Вопросы философии. 1965.
       №1. С.135-145.
Седов Е.А. Репортаж с Ничейной Земли. Рассказы об информации.
       Москва, Изд-во “Молодая гвардия”, 1963.
Седов Е.А. Та же книга - с тем же названием и изданная в том же
       издательстве, в серии “Эврика”, 1966.
Седов Е.А. Эволюция и информация. Москва, Изд-во “Наука”,
       1976.
Седов Е.А. Одна формула и весь мир. Москва, Изд-во “Знание”,
       1982.
Седов Е.А. Взаимосвязь энергии, информации и энтропии в
       процессах управления и самоорганизации./ Информация и
       управление. Философско-методологические аспекты. Москва,
       Изд-во “Наука”, 1985. С.169-193.
Седов Е.А. На грани тысячелетий. Проблемы развития цивилизации
       XXI века. Москва, Изд-во Российского Открытого Университета.
       1991.
Седов Е.А. Информационно-энтропийные свойства социальных
       систем. // Общественные науки и современность, РАН, 1993, №5.
       С. 92-100.
Седов Е., Кузнецов Д. В начале было слово... Санкт-Петербург,
       Изд-во христианского общества “Библия для всех”, 1994.
Сетров М.И. Информационные процессы в биологических
       системах. Ленинград. “Наука”, 1975.
Советский энциклопедический словарь. Москва, Изд-во “Советская Энциклопедия”, 1984.
Соболев С.Л., Китов А.И., Ляпунов А.А. Основные черты
       кибернетики. //Вопросы философии, 1955. №4. С.136-147.
Теория информации в биологии. Москва, Изд-во иностранной
       литературы, 1960. (Под ред. и с предисловием Л.А.Блюменфельда; ориг. англ. изд.-1956 г.).
Теория информации в медицине. Минск. 1974.
Трифонов Э.Н. Генетическое содержание последовательностей
       ДНК определяется суперпозицией многих кодов.//Молекулярная
       биология, 1997. Т.31. №4. С.759-767.
Философские вопросы современной биологии. Изд-во АН СССР,
       1952.
Хакен Г. Информация и самоорганизация. Макроскопический подход к сложным системам. Пер. с англ. Москва, “Мир”, 1991. (Оригинал издан в 1988 г.).
Чернавский Д.С. Синергетика и информация. Динамическая теория информации. Москва, Изд-во “Знание”, 1990.
Чернавский Д.С. Синергетика и информация. Динамическая теория информации. Москва, УРСС, 2004.
Чораян О.Г. Информационные процессы в биологических
       системах. Ростов-на-Дону, Изд-во Ростовского
       Государственного Университета, 1981.
Шмальгаузен И.И. Кибернетические вопросы биологии.
       Новосибирск, “Наука” СО АН СССР, 1968.
Шноль С.Э. Герои, злодеи, конформисты российской науки. Москва, “КРОН-ПРЕСС”, 2001.
Gelfand M. Computer analysis of nucleotide sequences: problems and approaches. In: DIMACS Methods of Analysis of Biopolymer
       Sequences. S.Gindikin, ed.. American Mathematical Society, 1992.
       P.19-62.
Informational macromolecules. A symposium held at the Institute of
       microbiology of Rutgers, the State University, with support from the
       National Science Foundation. Ed. by H.J.Vogel. New York, London,
       Acad. Press, 1963.
Rieger R., Michaelis A., Green M. Glossary of Genetics. Classical and
       Molecular. 5th edition. Springer-Verlag, Berlin, Geidelberg, New York,
       London, Paris, Tokyo, Hong Kong, Barcelona, Budapest, 1991.
Shannon C.: Mathematical theory of communications. 1948. /В кн.:
       Шеннон К. Работы по теории информации и кибернетике. Пер. с
       англ. Москва, ИЛ, 1963.

Глава 6.

КОНЦЕПЦИИ ИНФОРМАЦИИ В БИОЛОГИИ РАЗВИТИЯ.

Зарубежные работы по этой теме попадали и в СССР, и в современную Россию лишь эпизодически. Поэтому, к сожалению, мы не можем исследовать всю историю её и логику развития, и рассмотрим лишь важнейшие концепции и направления.
Гены управляют формами или же наоборот? Содержит ли геном зиготы всю программу развития того или иного cложного многоклеточного организма?
Как справедливо отметил М.Аптер в 1960-х гг., эти вопросы восходят к древней полемике между сторонниками преформизма и сторонниками эпигенеза (Аптер, 1970, с. 103-105). Однако созданные К.Шенноном в 1947-49 гг. концепция информации и методы её вычисления подняли эту полемику на новый уровень - количественно-структурный и логико-кибернетический. Заметим, что именно в эти годы кибернетика ещё только зарождалась. И именно в эти же годы было показано, что гены по сути являются текстами sensu stricto, так как они представляют собой линейные неразветвлённые цепочки однонаправленно интерпретируемых символов из ограниченного алфавита молекул-мономеров (этими “буквами” служат нуклеотиды). Концептуально к этому пришёл физик Э.Шредингер в 1947 г., а экспериментально вскоре доказали биологи: в 1953 г. Ф.Крик и Дж. Уотсон - выявив общую структуру ДНК и построив соответствующую модель, в 1961 г. М.Ниренберг и Дж.Маттеи - расшифровав триплетный ДНК-белковый код, а Ф.Жакоб и Ж.Моно - открыв опероны и выяснив принципы их работы. Однако до 1977 г., до создания универсальных методов секвенирования (“чтения”) ДНК, структура этих текстов - их “лексика, грамматика, синтаксис и семантика” - оставались “белым пятном” биологии. (Здесь следует отметить, что, к сожалению, российские школьные программы по биологии, до сих пор пребывающие на уровне 1960-х гг., не касаются и современных знаний о биологии развития.). Поэтому и конкретные совокупности текстов ДНК, отвечающие за генетическое кодирование развития многоклеточных эукариот вплоть до конца 1970-х гг. оставались не известными, хотя не только наличие их уже было строго доказанным фактом, но и изучались отдельные системы их взаимодействий, интерпретируемые в виде в виде генных сетей. При этом строились и общие концепции и модели развития, включая и теоретико-информационные.
 Но можно ли, зная лишь величину непонятного генетического текста (или не совсем понятного - как уже прочитанные за последнее десятилетие десятки полных геномов), вычислить его информационную ёмкость? Недостаточность такого подхода показал ещё в 1960-х гг. тот же М.Аптер. Обсудив попытки С.Данкоффа с Г.Кастлером, Х.Равена и В.Эльзассера вычислять наследственную информацию организма исходя из количества ДНК в зиготе (позже, уже в 1970-е гг., поправки к этим вычислениям делал в России Б.М.Медников), он отметил: “...измерение информации не имеет смысла до тех пор, пока не указано, какой при этом выбран “алфавит”. Утверждение о том, что некий сонет Шекспира содержит определённое количество информации, не имеет смысла до тех пор, пока не сказано, что принято за алфавит: обычный английский алфавит. Или совокупность слов английского языка, или совокупность строчек во всех сонетах Шекспира... количество информации будет различным во всех этих случаях” (там же, с.207). Сам Аптер дополнил шенноновские методы вычислений при кодировании и передаче информации моделями из теории автоматов (как делали и многие участники ряда упомянутых в предыдущих главах международных конференций 1960-х гг., организованных Г.Кастлером и К.Уоддингтоном, целью которых было создание основ единой теоретической биологии на базе кибернетики и теории информации тех лет). Сочетая эти подходы, Аптер впервые математически доказал, “что машина, или автомат, или система может самостоятельно дифференцироваться” (там же, с.199). (Как было показано в предыдущих главах, эта способность присуща тем из диссипативных систем, которые могут иметь несколько устойчивых состояний и запоминать их.).
 Очень существенные ограничения формул К.Шеннона в применении к конкретным системам, и в первую очередь к биологическим - то, что вычисляемые количества информации в кодах, текстах и каналах связи не аддитивны, относительны (в частности, по отношению к структурным уровням систем), не отражают сложности и организованности объекта и зависят от способностей принимающих информацию систем. Аналитически это доказали позже, в 1980-х гг., наши выдающиеся кибернетики: математик А.А.Ляпунов (ещё с 1953 г. одним из первых начавший развивать отечественную кибернетику, умелой полемикой защищая её от преследований со стороны официальных идеологов), и биофизик М.В.Волькенштейн, работы которого рассмотрены в Главе 5*.
Лишь в последние четверть века, в эпоху интенсивного “чтения” множества конкретных генетических текстов, мы можем оценить прозорливость упомянутой выше метафоры М.Аптера. Заметим попутно, что и в ней, как и в рассмотренных нами работах Е.А.Седова и М.В.Волькенштейна, для понимания биологических феноменов привлечён пример из лингвистики и поэтики. Всемирные компьютерные базы данных с разнообразными конкретными ДНК-текстами, формируемые с начала 1980-х гг., и Всемирная программа “Геном человека”, начатая в 1987 г., охватывающая также геномы десятков других организмов из различных систематических групп и являющаяся самой дорогой, интернациональной и наукоёмкой программой за всю историю мировой науки, стали единым всемирным лабораторно-компьютерно-концептуальным аппаратом человечества, где каждый впервые изучаемый кусочек ДНК сопоставляют с уже добытыми и хранящимися огромными интегрированными знаниями. Уже прочитаны миллиарды нуклеотидов и сотни тысяч генов - включаяполные геномы представителей десятков видов бактерий, дрожжей и ряда наиболее экспериментально изученных растений и животных. В ДНК найдены десятки типов функциональных участков, в которых используются самые различные принципы кодирования информации - как линейные, так и конформационные; построена классификация этих принципов (Трифонов, 1997). (Кстати, в этом контексте, - хрестоматийный термин “генетический код”, предложенный в 1960-х гг. для единственной известной тогда функции ДНК - кодирования белков в генах - архаичен: это лишь один из известных теперь генетических кодов.). Огромными оказались “синтаксис и тезаурус” геномов - и, соответственно, сложность и многообразие их конвенциональных “алфавитов” (по Аптеру). И потому в молекулярной генетике на смену общим теоретико-информационным построениям и вычислениям пришла генная биоинформатика. Анализ семантики разнообразных конкретных текстов ДНК осуществляется посредством компьютерных исследований сходств полинуклеотидных и полипептидных текстов - как критериев их функциональных и/или эволюционных сходств. . Оценки количеств бит теперь носят лишь вспомогательный характер, хотя в Интернет, в базе данных ‘PubMed’, есть немало рефератов работ, в которых в рамках компьютерного анализа той или иной группы сходных ДНК-текстов применены методы теории информации. Сейчас набирает силу анализ структур и функций информационных генных сетей, управляющих развитием организмов: кодированием морфогенеза, управлением гомеозисными генами, онкогенами, генами-триггерами клеточных дифференцировок, апоптоза и т.п.. (Пример такой обобщающей работы - Колчанов и др., 2000). Это - уже чрезвычайно плодотворные подходы к пониманию ДНК-текстов и их взаимодействий. В терминах философов, в них можно было бы искать черты “детерминизма”, “преформизма” и “редукционизма”, так как свойства целого - организмов - в них задаются информацией, содержащейся в частях их геномов - в ДНК-текстах. Однако, по-видимому, и некоторые такие генно-протеиновые сети и даже их фрагменты могут вести себя как самоорганизующиеся системы, способные генерировать информацию по Кастлеру и Чернавскому - автономно осуществлять “запоминаемый свободный выбор” событий онтогенеза. Теоретико-информационные работы такого рода, проведенные на конкретных изолированных генных сетях, автору этих строк не известны.
“Могущество” информационных макромолекул - геномных ДНК и кодируемых ими РНК и белков - в самых разных аспектах и на многочисленных примерах описаны в книге (Корочкин, 2002). Автор показал - в том числе и на конкретном примере, ранее экспериментально исследованном им самим, как генные ансамбли (“сети”) регулируют экспрессию отдельных тканеспецифических генов, т.е. как макромолекулярное “целое” управляет “частью” (там же, с. 183-186). В целом Л.И.Корочкин отстаивает представления о первичности информационных макромолекул и кодируемых ими генетических процессов по отношению к прочим событиям онтогенеза. Так, на примере опытов В.Геринга 1995г., посредством трансгеноза небольших генных систем добившегося у дрозофил образования глаз на самых различных участках их тел, он доказывает следующее: “Сложнейшая морфогенетическая реакция, завершающаяся формированием целого органа, может быть запущена одним, “главным” геном, который, следовательно, является ответственным за процессы морфогенеза, разрешая или запрещая ... целый сложный комплекс формообразовательных событий... Морфогенетические процессы основываются на молекулярно-генетических событиях, специфика формы обусловливается спецификой последовательных ткане- и органоспецифических синтезов, разрешённых активацией “главного” гена.” (там же, с. 120-122). Таким образом, по крайней мере в этом конкретном случае правомерен “генный редукционизм”: один генетический текст - информационная “часть” - может играть ключевую роль в развитии “целого” - органа. Конечно, и в этом случае необходимы “взаимодействия генов в развитии” и “организации генных систем (“сетей”), контролирующих развитие” (там же, с. 255).
Однако в литературе по теории информации практически не упоминается тот факт, что изначально латинский термин “информация” имел холистический смысл: в средневековых контекстах он означал “вложение форм(ы)” - Богом в свои создания, включая живые существа. Существует информационный холизм и в современных концепциях биологии развития. Согласно этим теоретическим и экспериментальным моделям, развивающийся зародыш является самоусложняющейся целостностью: он управляет формированием своих частей, а формирующиеся в нём ткани и органы - судьбами отдельных клеток. М.Вольперт показал, что такие взгляды развиваются уже более столетия, однако лишь недавно они стали называться концепциями позиционной информации (Wolpert, 1996). “Как выяснилось в последнее время, эта позиционная информация суть не что иное, как соотношение различных белковых продуктов, неравномерно распределённых вдоль развивающегося зародыша и как бы “обозначающих судьбу” соответствующих его частей. Специфические градиенты распределения этих продуктов активируют в разных клетках различные наборы генов, так что эти клетки под влиянием поступающих в них сигналов приступают к “выполнению программы” детерминации и дифференцировки.” (Корочкин, 2002, с.154). Необходимо отметить, что здесь же Л.И.Корочкин цитирует несколько определений клеточной детерминации, среди которых - как холистическое (по Д.П.Филатову, детерминация - “такое воздействие одних частей развивающегося организма на другие его части, благодаря которому последние при наличии определённых условий проходят часть пути своего развития”), так и редукционистское (по Э.Хадорну - это “процесс, в результате которого компетентная клеточная система выбирает один из возможных путей развития”) (там же, с. 154-155). В первом случае - целое управляет своими частями, во втором -клеточная система в результате автономного процесса - созревания (там же, с. 155) автономно осуществляет выбор (запоминаемый, так как он связан с состояниями включения или выключения специфических генов, которые наследуются делящимися клетками). Таким образом, в терминах Д.С.Чернавского, в определении Филатова речь идёт о рецепции информации, а в определении Хадорна - о её генерации.
Успешные эксперименты, выводы из которых парадоксальным образом соответствуют как холистическим представлениям (поскольку все сложные части целого организма автономно формировались из единого целого - из одной соматической клетки), так и редукционистской исследовательской программе (поскольку элемент - геном ядра такой клетки - оказывался “самодостаточным” для формирования системы - целого организма), начали в первые годы минувшего века Г.Дриш и Г.Шпеман и их ученики, в 1930-х гг. продолжили Дж. Хаксли и Г. де Бер, а в 1960-х гг. - Р.Бриггс и Т.Кинг, Дж.Гёрдон и многие их последователи и, в частности, с 1970-х гг. группа Я.Вильмута, в 1997 г. клонировавшая овцу.
Строя теоретические модели онтогенеза, в последние десятилетия явления дифференцировки и морфогенеза интерпретируют с позиций физико-математической теории самоорганизации, а также теории симметрии и топологии (см. Белоусов, 1993, с.258-286). При этом общими условиями упорядоченного самоусложнения развивающегося организма считают его нелинейность, иерархичность и параметрическое управление. “Предполагается, что именно диссипативные структуры являются моделями морфологических структур, возникающих в ходе онтогенеза” (там же, с.269). В терминах теории самоорганизации удалось описать фундаментальные понятия эмбриологии: компетенцию, детерминацию, дифференцировку и индукцию; онтогенез в целом рассматривается как система бифуркаций (там же, с. 270-272), которую мы можем интерпретировать как каскад генерации информации (по Кастлеру-Чернавскому). При этом геном интерпретируется не как жёстко детерминирующая программа всего онтогенеза, а как совокупность закодированных параметров различных онтогенетических процессов: “Это соответствует предположению о том, что продукт каждого предшествующего гена является параметром нелинейной регуляторной системы, устойчивые решения которой соответствуют полосам экспрессии следующего по времени действия гена и т.д.”. (там же, с. 275-277).
Далее Л.В.Белоусов рассматривает механохимические модели нескольких конкретных морфогенетических процессов: мезенхимных и эпителиальных морфогенезов. Надо отметить, что описываемые ими процессы - гораздо проще, чем процессы онтогенеза под контролем различных конкретных генетических систем, рассмотренные в обсуждаемой здесь книге Л.И.Корочкина. Поэтому они производят впечатление гораздо “менее биологических”. Феноменами информации в них можно считать лишь акты выбора между альтернативными простыми топологическими структурами; никаких информационных вычислений не производится. Сам автор назвал эту главу весьма скромно: “Элементы теории самоорганизации онтогенеза” (там же, с.258). При этом в следующей главе - “Вопросы сравнительно-эволюционной эмбриологии” (там же, с. 287-300) - в которой рассмотрены конкретные биологические примеры архетипов и онтогенетические законы, представления о позиционной информации совершенно не использованы - очевидно, этот теоретический аппарат пока ещё слаб для подхода к проблемам эволюционной морфологии. (В книге (Корочкин, 2002), напротив, рассмотрены многие конкретные примеры генетического управления онтогенезом - в том числе и в эволюционных аспектах (с. 234-249)).
Обработке информации целостными клеточными и тканевыми структурами и моделям позиционной информации были посвящены крупные международные конференции. Остановимся на материалах одной из них (“Information Processing in Cells and Tissues”, 1998). Тридцать её публикаций поровну распределены по 2 секциям: “Signalling and communication” (экспериментальные исследования и математические модели конкретных биосистем, база данных по цитокинам) и “Computation and information” (обобщённые теоретические концепции и математические модели). Остановимся на некоторых статьях 2-й секции - тех, в которых информационные аспекты обсуждаются явно. Рассмотрены феномены морфомеханической регуляции в развитии эмбриона (Л.В.Белоусов - L.V.Beloussov, там же, с. 165-176). В статье “Informational processing and computational tissues” в контексте аналогий с сетями обработки данных в компьютерах, как ‘computational tissues’ рассмотрены простейшие модели авто-модификации сети клеток, не являющихся нейронами (Butler и др., там же, с.177-184); информацию как таковую авторы не определяют и не вычисляют. Примечательно, что важнейшей особенностью биосистем авторы этой работы считают их иерархическую организацию: биосистемы - это иерархические наборы полуавтономных “подцелостностей” (“Biological systems are hierarchical collections of semi-autonomous sub-wholes” - там же, с. 177). В статье (Chandler, там же, с. 185-195) математическая модель клетки базируется на сочетании представлений о её иерархической организации с использованием понятийного аппарата семиотики. Следующие главы нашей книги (Главы 10-12 **) будут посвящены именно как анализу иерархической организации биосистем, так и истории и концепциям биосемиотики - семиотических подходов к биологическим феноменам. В статье (D’haseleer, там же, с.203-211) сделана попытка использовать некоторые представления теории информации для анализа взаимодействий между генами (с.208-210). Предложена компьютерная модель развития нематоды Coenorhabditis elegans, содержащая три взаимосвязанных “пространства”: геномное, клеточное и пространство развития (Kaminuma и др., там же, с. 243-253); аналогичная система, базирующаяся на международных базах данных о генах (Genbank) и белках (Swissprot), а также эмбриологических данных, построена для представления раннего развития эмбриона дрозофилы (Spirov, Samsonova, там же, с. 285-295). Прочие статьи этой части материалов обсуждаемой конференции относятся не непосредственно к онтогенезу как целому со своими особенностями, а к работе отдельных его компонентов: мембранных рецепторов, нейронных сетей, иммунной системы и т.п. В целом следует отметить, что теория информации ни в одном из обсуждавшихся её вариантов - ни как классическая, ни как динамическая, ни как-либо ещё - в дискурсе этой конференции не присутствовала, хотя по сути вся она была посвящена именно информационным процессам; однако формами представления данных во многих представленных на ней работах являются сети межклеточных информационных взаимодействий, а также компьютерные аналоги и гипертекстовые представления онтогенеза.
Как материалы этой конференции, так и анализ соответствующих публикаций в базе данных ‘PubMed’ показывают, что в биологии развития конца ХХ века информационная методология представлена скорее не теорией информации как таковой (с формулами и вычислениями количеств информации в том или ином понимании этого термина), а связанными с этой теорией представлениями о конкретных сетях информационных взаимодействий в развивающемся организме, а также приложениями, связанными с биоинформатикой - с компьютерными базами знаний и первыми имитационными моделями развития, включающими и базы данных по генетическим структурам и белкам.
 Здесь надо отметить, что все молекулярно-генетические представления, включая и обсуждаемые в этой главе сюжеты биологии развития, базируются на изучении разнообразных конкретных носителей информации - линейных кодирующих структур, или информационных макромолекул (ДНК, РНК, белков). Эти объекты изучаются как тексты и системы функциональных связей между ними - в биологических системах и в компьютерных исследованиях. Представления о целостности при сложных интегративных взаимосвязях и взаимодействиях этих носителей информации отражены в названиях новых биологических дисциплин: “геномика”, “протеомика” и “транскриптомика”. “Биоинформатикой” принято называть именно компьютерные исследования этих макромолекул. (Хотя, на наш взгляд, по своему смыслу этот термин мог бы относиться к компьютерному изучению и любых других биологических объектов.).
       Термин “позиционная информация” обычно применяют в ином, холистическом аспекте - не в отношении какой-либо конкретной группы информационных носителей (которые, однако, известны - это разнообразные белковые регуляторы, включая индукторы, и кодирующие их гены), а в отношении самого целостного феномена - актов “программирования” клеток и клеточных ансамблей окружающими их более сложными структурами.
       В обоих случаях исследовательский интерес гораздо более выражен к анализу самих эмпирических особенностей информационных феноменов развития, чем к вычислениям соответствующих количеств информации.
В отношении биологии развития, как редукционизм с позиций молекулярной генетики, так и холизм с позиций биофизики и эмбриологии правомерны: в пользу тех и других взглядов есть экспериментальные доказательства. По-видимому, противоречие между ними - кажущееся, вытекавшее из ограниченности прежних форм представления данных. Логичным представляется следующий образ, характеризующий информационные процессы в онтогенезе: развивающийся организм подобен компьютерному гипертексту, в каждом участке которого функционирует та или иная комбинация участков единого текста - полного генома (см., например, также - Колчанов и др., 2000), а управляет “полилогом” разных генных сетей система как целое: её креоды (по К.Уоддингтону) и компартменты, включающие и другие работающие гены, способны к параметрической регуляции и самостоятельному выбору вариантов дифференцировки клеток и морфогенеза - в жёстких рамках “дозволенного” системой как целым. При развитии организма происходят информационные взаимодействия между молекулярно-генетическими и биофизическими (в частности, механическими) процессами. При этом нельзя утверждать наверняка, что генная регуляция играет ведущую роль всегда: например, не исключены явления индукции специфических генов в клетках регуляторными молекулами, поступающими с мембранных рецепторов, специфически управляемых теми или иными физическими воздействиями. Таким образом, и холистические, и и редукционистские представления об информационных процессах в онтогенезе могут оказаться верными; их взаимная дополнительность - взаимодействия между физическими уровнями организации эмбриона - может быть не только когнитивной (как разные аспекты развития), но и быть увязанной в единую сеть биологических процессов. Такая ситуация вписывается в представления о многоуровневой организации биологических систем (см. ниже - Главы 10-12*).
Исследователи - сторонники этих направлений биологии развития, дискутируя, сотрудничают в образовательном процессе на Биологическом факультете Московского государственного университета. Это - авторы двух цитированных выше монографий, допущенных в качестве учебников для биологов: профессор этого факультета, эмбриолог Л.В.Белоусов, и профессор, член-корреспондент РАН, один из ведущих специалистов нашей страны по генетике развития нервных систем Л.И.Корочкин. В этой главе некоторые положения из этих книг были рассмотрены под специфическим углом зрения - в контексте различий в их представлениях о биологической информации в онтогенезе.

ЛИТЕРАТУРА

Аптер М. Кибернетика и развитие. Москва, Изд-во “Мир”, 1970.
Белоусов Л.В. Основы общей эмбриологии. Москва, Изд-во МГУ,
       1993.
Колчанов Н.А., Ананько Е.А., Колпаков Ф.А., Подколодная
О.А., Игнатьева Е.В., Горячковская Т.Н., Степаненко И.Л.
Генные сети. //Молекулярная биология, 2000. Т.34, №4. С.533-
544.
Корочкин Л.И. Биология индивидуального развития. Москва,Изд-во
       МГУ, 2002.
Трифонов Э.Н. Генетическое содержание последовательностей
ДНК определяется суперпозицией многих кодов.
//Молекулярная биология. 1997. Т.31, №4. С.759-767.
Information processing in cells and tissues. Ed. by M.Holcombe and Ray
       Paton. Plenum Press, New York, London, 1998.
Wolpert L. One hundred years of positional information. //Trends in
       Genetics, 1996. Vol.12. P. 359-364.

Глава 7.

БИОИНФОРМАТИКА И БИОСЕМИОТИКА:
ИСТОРИЯ ПУТИ ОТ ТЕОРИИ К ПРАКТИКЕ.

       Практику здесь мы будем понимать не в хозяйственном, а в исследовательском смысле - как системы методологий. История теории информации в биологии отчасти рассмотрена нами в предыдущих главах. Здесь мы кратко коснёмся взаимодействий теории информации с семиотикой в предметном поле биологии.

Теория информации в биологии и её проблемы.

       Та теория информации, которую создали К.Шеннон и У.Уивер и интенсивно пытались применять к биологии У.Винер, У.Росс Эшби, Г.Кастлер и многие их коллеги с 1950-х - 1960-х гг., оказалась необходимой, но не достаточной. Не ясно, как измерять информацию топологических структур, особенно при их преобразованиях. В биологии области с такими задачами - это морфогенез (в онтогенезе и филогенезе) и вообще все 4-мерные (пространственно-временные) изменения на всех уровнях - от третичных структур макромолекул до динамики биоценозов. Особенно не ясно, как измерять прирост информации "от существующего к возникающему": в онтогенезе, эволюции, экологических сукцессиях. К тому же, как отмечено в Главах 2-5, для разных иерархических систем - обладающих не изоморфными и не конгруэнтными структурами - вычисления по формулам Шеннона нередко могут давать идентичные количества бит - в частности, игнорируя этим суть и уровни сложности биосистем и происходящих в них процессов. Напомним, что Г.Кастлер, К.Уоддингтон и особенно М.Аптер были близки к пониманию этого ещё 40 лет назад.
       Однако теперь именно те области экспериментальной биологии, которые стали оплотом теории информации сразу после её зарождения - молекулярная генетика и нейробиология - оказались полны феноменов, в которых "мал золотник, да дорог": некоторые объекты и процессы, малые как по структурам, так и по количеству шенноновской информации, несут гораздо больше информации системе в целом, чем другие подобные им, т.е. имеют огромные семантические веса. (Эту проблему мы рассмотрим на конкретных примерах в Главах 8, 10 и 12). Таковы различные функциональные участки в ДНК, нейропептиды и мембранные рецепторы в синапсах. Огромное многообразие тех и других позволяет говорить о сложных синтаксисе, семантике и прагматике того, что полвека назад представлялось, соответственно, лишь как монотонно кодирующие триплетами области в геномах и подобные диодам (проводящие ток лишь в одну сторону) синапсы в сетях нейронов. Теория информации и вообще классическая кибернетика для биологии необходимы, но становятся явно не достаточными. И надо отметить, что в лучших отечественных работах по теории информации в биологии, почти не известных зарубежным коллегам, были не только подходы классической кибернетики (например, эволюционная биокибернетика И.Шмальгаузена), но и интегративный холизм семиотики. Так, в 1960-80-х гг. М.Волькенштейн вычислял семантические веса как макромолекул, так и текстов - в зависимости от структурных уровней и компетентности систем-приёмников. (Эти работы мы рассмотрели в Главе 5.).


История биоинформатики.

       C начала 1980-х гг. начинают формироваться всемирные банки прочитанных ДНК-, РНК- и белковых текстов, ставшие огромными мета-объектами, необходимыми для понимания каждого вновь прочитанного участка какого-либо генома (Седов, 1994), (эту область коллеги и ученики автора, участвовавшие в его домашнем семинаре 1983-87 гг., удачно назвали генолингвистикой), а также прочие всемирные базы данных по биологии - в основном с медицинской и экологической информацией в различных формах представления данных. Остановимся лишь на одном отечественном 'case study', связывающим системы минимальных и максимальных структурных уровней. Ещё в середине 1980-х гг. ..Авидон и В.Финн, сравнив кластеры сходств между тысячами органических молекул с кластерами их клинических и лабораторных эффектов in vivo, показали, что химические радикалы не всегда аддитивны в отношении свойств содержащих их молекул (эмерджентность), а также - что синтетические радикалы, не сходные с биогенными, вредоносны как в фармакологических, так и в экологических аспектах. К концу 1980-х гг. крупные биомедицинские базы данных появились в Интернете. Отметим, что вся виртуальная биология для Интернета активно использует меры информации - в русле, проложенном К.Шенноном и его последователями, включая и отца автора (работы которого описаны в Главе 5 этой книги). Однако теперь необходимы и кластерно-иерархические подходы к анализу геномов, мозга и Интернета (Седов, 1999), а также надорганизменных биосистем - популяций и сообществ.

История биосемиотики и её связей с теорией информации. Перспективы.

       Семиотика - междисциплинарная область, изучающая знаки и их значения в различных системах - естественных, технических и гуманитарных. Биология включает все формы представления данных - визуальные и литеральные, статические и динамические, охватывающие все структурные, функциональные и классификационные уровни биосистем - как существующих, так и развивающихся. Поэтому уже созданный дискурс семиотики - и вербальной, и визуальной, - развивающийся на пересечениях естественнонаучных, гуманитарных и технических знаний - нам, биологам, необходим для постановки наших задач и создания наших исследовательских программ. Основателями биосемиотики были J. von Uexkull (1940), T.Sebeok (1972), Krampen (1981), Pattee (1982). А первая в истории конференция по биосемиотике, "Биология и лингвистика", была у нас - в Тарту в январе 1978 г.. Автор данной статьи и его отец активно участвовали в ней. Материалы её скоро будут изданы там, где она происходила - в Тартусском Университете. Кстати, в их предисловие будет рассказ о печально-смешной истории - происходившего в те годы абсурдного прессинга советской цензуры на их издание.
       В последние годы дискурс “классической” кибернетики становится всё более “подвластным” холистическим концепциям семиотики. Особенно это видно при анализе конкретных проблем. Некоторым из них посвящены Главы 8, 10-13 и 17 этой книги.
       О том, как развивалась и развивается биосемиотика в мировом масштабе, какие задачи она стремится решать, какие работы опубликованы в этой важной междисциплинарной области знаний, какова её профессиональная система понятий и терминология, а также о том, в чём состоит скромный вклад в неё автора этих строк, рассказано в следующей главе.

ЛИТЕРАТУРА

Седов А.Е. История геносистематики и ее примений в
       филогенетике. Дисс. канд. и докт. биол. наук. 501 с., цв. илл.
       ИИЕТ РАН, 1994.
Седов А.Е. Коммуникации в коллективном разуме человечества:
       системы локальных центров или единый глобальный
       "супермозг"? //Материалы 12-й сессии Международной школы
       социологии науки и техники "Национальные системы
       профессиональных коммуникаций в науке и технологии,
       экономике и политике.". 1999 г..

Глава 8.

БИОСЕМИОТИКА: ИСТОРИЯ, ПРОБЛЕМАТИКА, ЯЗЫК.

       В этой главе подробно рассмотрена новая междисциплинарная область, тоже изучающая различные информационные феномены в биологических системах. Всё более тесно взаимодействуя с теорией информации (точнее, - с различными теориями информации), биосемиотика имеет свою специфику: рассматривает биологические системы как целостности, фундаментальная особенность которых - способность интерпретировать знаки. Как показано ниже, такое представление расширяет возможности понимания конкретных информационных процессов, свойственных живым системам.
       Не только в пределах России, но и в мире биосемиотика - это одна из самых молодых научных областей: до 1990-х гг. она лишь зарождалась - отдельные исследователи сформулировали первые её концепции и опубликовали несколько работ, которые теперь считаются основополагающими (см. ниже). Поэтому понятийный аппарат, тезаурус и профессиональный язык биосемиотики находятся ещё в стадии зарождения и формирования. Однако она уже представлена большим количеством знаний и концепций; существует немало публикаций, сообществ и событий, посвященных биосемиотике.
       В этой главе автор постарался представить биосемиотику читателям как можно глубже и интереснее. Здесь описаны её история и концепции, приведены словарь терминов и большой список опубликованных работ. Кратко рассмотрены многочисленные и разнообразные биологические примеры - по мнению автора, служащие удачными подтверждениями концепций биосемиотики и полезные для её развития.
       Автор выражает глубокую благодарность петербургскому биосемиотику, д.ф.н. С.В.Чебанову за множество ценных критических замечаний по первому варианту текста этой главы.

Что такое биосемиотика?

Посмотрим, как кратко определили и описали биосемиотику несколько известных её представителей. (Англоязычные цитаты переведены автором; иногда - для точной передачи смысловых нюансов - в скобках приведены также английские слова и выражения из оригиналов.).
       “Биосемиотика (bios, жизнь + semion = sign, знак) - это междисциплинарная область теоретических и эмпирических исследований, анализирующих коммуникации и значения, смыслы (communication and signification) в живых системах. Знаковые процессы, в масштабах от молекулярных до экологических и эволюционных, изучались в течение всей истории биологии; однако очень часто описания информационно-коммуникативных аспектов живых систем рассматривали как “лишь метафорические” - считая, что их должны заменить физические и химические описания. В биосемиотике же, напротив, информационные знаковые процессы рассматриваются как исконная, базовая система (genuine, a basic set) феноменов жизни, требующая нового понимания. Семиотика - это изучение значений и смыслов (meaning, sense, and significance) динамических кодов и соответствующих знаковых процессов. Между биологией и семиотикой существуют глубинные взаимодействия. Наличие значений, знаковость (signification) - это специфическое свойство живых систем; его можно считать столь же фундаментальным, как и особенности их молекулярной организации. Поэтому биосемиотика может стать основой как для семиотики, так и для биологии.”.
Эта цитата, здесь переведенная автором, заимствована с Веб-сайта
       
       Набором следующих цитат - здесь тоже переведенных - начинается Веб-сайт по биосемиотике <http:/www.zbi.ee/~uexkull/biosem.htm>.
       (Полные ссылки на все книги и статьи, из которых они заимствованы, имеются в конце данной главы.).
       “Процесс обмена сообщениями (message), или семиозис, - свойство, присущее абсолютно всем формам жизни на Земле. Именно эта способность хранить, копировать и выражать, формулировать (express) сообщения, извлекать их значение(-я) и смысл(-ы) (signification), и отличает живое от неживого - гораздо более чем прочие, часто упоминаемые, свойства жизни; исключения составляют созданные человеком ... компьютеры и роботы, которые можно программировать так, чтобы имитировать и моделировать (simulate) коммуникации. Изучение взаимосвязанных процессов - коммуникационных и знаково-смысловых (twin processes of communication and signification) - следует считать необходимым направлением наук о жизни; эти процессы в значительной степени присущи природе, в частности и культуре, которая тоже, конечно, является частью природы.” (Sebeok 1991:22).
       “Суть биосемиотики - изучение знаковых процессов в природе во всех аспектах, включая: (1) возникновение в природе семиозиса (см. ниже, в словаре - прим. автора) - соответствовавшего или же предшествовавшего появлению живых клеток; (2) естественную историю знаков; (3) “горизонтальные” аспекты семиозиса в индивидуальном развитии организмов, в коммуникациях растений и животных, во внутренних знаковых функциях иммунной и нервной систем; (4) семиотику познания и языка. /.../ Биосемиотику можно рассматривать как вклад в общую теорию эволюции, включающую синтез различных областей науки.” (Emmeche 1992: 78.) (Из статьи в сборнике ‘Biosemiotics: The Semiotic Web’, p.77-99 - см. ссылку в списке книг в конце главы).
       “Современная унификация биологии /.../ должна быть основана на фундаментально семиотической природе жизни” (Hoffmeyer, 1997) “Наиболее явная черта органической эволюции - это не создание многообразия (multiplicity) удивительных морфологических структур, а общее развитие и распространение (expansion) “семиотической свободы”, т.е. возрастание богатства и “глубины” смыслов и значений (meaning), используемых в коммуникациях.”. (Hoffmeyer, 1996: 61). “Элементарным объектом (basic unit) при изучении жизни является скорее знак, чем молекула.” (Hoffmeyer, 1995: 369).
       “Знаковые процессы пронизывают всё тело живого организма. ... Наличие значений, смысла (signification) - это фундаментальное свойство живых систем, которое можно взять в качестве определения жизни. Поэтому биосемиотику можно рассматривать скорее как общий корень и биологии, и семиотики, чем как раздел семиотики.” (Sharov 1998: 404-405).
       “Биосемиотику можно определить как науку о знаках в живых системах. Принципиальная и отличительная черта семиотической биологии - понимание того, что живые целостности взаимодействуют не как механические тела, а скорее как сообщения (messages), фрагменты текста. /.../ Поэтому интерес для биосемиотических исследований представляют феномены распознавания, памяти, категоризации (см. ниже в словаре - прим. автора), мимикрии, обучения, коммуникации, - в совокупности с анализом и применением понятий и концептуального инструментария (tools and notions) семиотики, куда входят текст, трансляция, интерпретации, семиозис, типы знаков, значения (meaning), - в их биологических областях применения” (Kull, 1999: 386).
       “С открытием того, что природа использует совокупность (set) символов, чтобы кодировать информацию для конструирования и поддержания всего живого, семиотика - анализ языков и текстов как совокупностей (sets) знаков и символов - начала становиться важной и актуальной (relevant) для молекулярной биологии. Семиотика дала и даёт изучающим ДНК-тексты новый взгляд для их чтения, - позволяя обсуждать значимость многообразия их значений (validity of a multiplicity of meanings), или даже отсутствие какого-либо значения, в участках и на всём протяжении (in a stretch) человеческого генома.” (Pollack 1994: 12).
       Вот текст (изначально русский) нашего коллеги и соотечественника С.В.Чебанова. “Биосемиотика - достаточно самостоятельная и относительно замкнутая область междисцплинарных исследований, лежащая на пересечении биологии и семиотики и занимающаяся изучением свойственных организмам знаковых систем. Последние характеризуются наличием у них плана выражения и плана содержания, между которыми существует причинно не детерминированная связь. В результате знаковым системам свойственны явления синонимии и омонимии... Биосемиотика исследует знаковые системы разных уровней - молекулярно-биологического (генетический код) (о генетическом коде см. ниже в этой главе, в словаре биосемиотики (примечание автора)), внутриклеточного (сигнальные пептиды), межклеточного (медиаторы, иммунные взаимодействия), внутриорганизменного (гормоны, условно-рефлекторные реакции) и межорганизменного (телергоны, феромоны, аттрактанты). Семиотические системы организменного и межорганизменного уровней являются предметом специального изучения в этологии. Кроме того, биосемиотика покрывает всю проблематику, связанную с проблемой существования языка и мышления у животных”. (С.В.Чебанов, цитата из русскоязычного Веб-сайта:
       http://www.biospace.nw.ru/biosemiotika/biosemiotics.html ).
       Добавим следующее. Во многом системы коммуникаций людей, включая и многообразные феномены культуры - это очень сложные системы, не только развивавшиеся на базе гораздо более простых коммуникаций позвоночных животных (что наиболее очевидно), но и имеющие некоторые сходства и с коммуникациями растений, грибов и микроорганизмов. Многие аспекты и результаты деятельности людей - личностные мотивы, политические события, технические устройства - имеют биологические основы и прототипы. Более того, многие принципы кодирования информации и интерпретации значений и смыслов оказались сходными в различных сложных системах, имеющих самые разные субстраты - включая как жизнь на всех уровнях её организации (см. словарь ниже), так и созданные человеком языки и прочие феномены культуры, в частности и программируемые технические устройства. Отдельный вопрос - чем эти сходства обусловлены: тем ли, что принципы организации и функционирования любых сложных систем с необходимостью и неизбежностью оказываются общими, или же тем, что так или иначе, все знаковые явления порождены именно биологическими системами, и потому принципы живого легли в основу всех знаковых процессов? Так или иначе, правомерна биоцентрическая позиция: не биосемиотика является частью семиотики (лишь той её частью, которая относится к живым организмам, исключая гуманитарные аспекты бытия); напротив: то, что изучает семиотика, - это лишь часть знаковых систем живого (лишь те из них, которые созданы людьми и исторически стали первыми объектами семиотики именно потому, что наиболее им понятны.). В таком понимании, именно биосемиотика - это наиболее фундаментальная система знаний о знаках и знаковых процессах, которые лежат в основе структурирования, функционирования и эволюции самых разнообразных сложных систем - живых, включая разумные, а также их творений; поэтому она может охватывать и семиотику языков (лингвосемиотику), и все прочие направления семиотики культуры. Такие представления об общей сути знаковых процессов, о биосемиотике как общем корне биологии и семиотики (Sharov, 1992) - плод науки последних лет. Однако начиная ещё с самых давних этапов человеческой истории, в самых различных культурных ареалах - и вплоть до зарождения и разделения различных рациональных наук о языках, о культуре, о живых системах - именно знаки считали сутью любых явлений жизни, включая и жизнь людей (Седов, 1998).

О семиотических корнях биосемиотики.

Как правило, в течение истории мироздание в целом и в частностях, место в нём человека и его понимание человеком, представлялись - говоря языком современной семиотики - именно как знаковые системы. Явления окружающего мира рассматривались как совокупности знаков в разнообразных мистических, религиозных, художественных и философских традициях различных эпох и ареалов - включая разнообразные архаические культуры, древнейшие и античные цивилизации, средневековые общества. В частности, и явления живой природы иногда интерпретировались как тексты и формы, различные их сочетания и взаимодействия; отчасти эти представления были и прообразами постановок научных задач (Седов, 1998). В контексте зарождения рациональной науки, в 17 в. большой интерес к природе знаков проявляли английские философы - сенсуалисты и номиналисты: Т.Гоббс, Д.Локк, Дж. Ст. Милль. Выделить семиотику как особую науку - теорию знаков - впервые предложил Д.Локк в 1690 г., предложив классификацию наук (в которую вошли физика, этика и др.); он, однако, полностью отождествлял семиотику с логикой (см. Локк, 1960). Так была поставлена задача и предложен термин “семиотика” - именно для науки о знаках. (Иногда это слово использовали и в других значениях: в медицине семиотикой называют науку о симптомах; Г.Гермес в своём труде “Семиотика” (1938) именует так исследования оснований математики.). Однако семиотика как научная дисциплина о знаках стала формироваться лишь ещё более двухсот лет спустя - благодаря работам Ч. С. Пирса (Ch. S. Peirce) по философии и классификации знаков, Ф. де Соссюра (F. de Saussure) по анализу языка как знаковой системы и Ч. У. Морриса (Ch. W. Morris) по основам теории знаков и проблемам коммуникации. Классиками семиотики стали Ч.Пирс, Ф. де Соссюр, Ч.Моррис, Р.Якобсон (помните у В.Маяковского - “... напролёт болтал о Ромке Якобсоне...”?), К.Леви-Стросс (C.Levy-Strauss), В.Пропп, Ж. Пиаже (J.Piaget), Ц.Тодоров. Первую семиотическую работу опубликовал Ч.Пирс в 1867 г.; в начале 20 века появилось лишь ещё несколько отдельных работ; интенсивно развиваться семиотика начала с 1920-х гг.. Однако первый Международный Конгресс по Семиотике состоялся лишь в 1974 г., в Милане. Это показывает, насколько эта дисциплина в целом молода. И количество, и разнообразие семиотических исследований стали стремительно расти в последние десятилетия. Так, в 7-м Международном Конгрессе по Семиотике (Дрезден, 1999 г.) участвовало более 2000 представителей гуманитарных, естественных и технических наук (включая автора) - из очень многих стран, со всех континентов.
Наиболее доступны для анализа именно те знаковые системы, которые проявляются вербально на разных структурных уровнях - от функциональной морфологии слов и синтаксиса фраз и высказываний до структур мифологических и литературных сюжетов и коммуникативных актов. Поэтому и развитие семиотики в основном было связано с логикой, лингвистикой, филологией и исследованиями процессов коммуникации людей; да и сейчас иногда семиотикой называют совокупность лишь тех её направлений, в которых изучаются вербальные объекты. (Подробнее о них - см. “Семиотика”, 1983.). Однако невербальные произведения человеческой культуры и системы коммуникации - это тоже знаковые системы; поэтому в их исследования стали экстраполировать подходы, удачно проявившие себя в семиотике вербальных объектов. Как область рационального научного знания, семиотика невербальных феноменов культуры развивается лишь с начала 20 века; её объекты - сюжеты и символы живописи, танцев, архитектурные стили, предметы утвари, механизмы и приборы и многое другое (в словаре ниже - см. Мемы). Судя по материалам 7-го Международного Конгресса по Семиотике 1999 г., особенно интенсивно эти направления семиотики развиваются в странах, говорящих на романских языках - Италии, Франции, Испании, Бразилии и ещё нескольких странах Латинской Америки. Поскольку в работах по истории искусств разнообразные невербальные семиотические объекты интерпретируются вербально, а многие литературные произведения иллюстрируются и экранизируются, вербальные и невербальные аспекты семиотики феноменов культуры тесно связаны. Теперь такие взаимосвязи становятся всё более многоаспектными благодаря бурному развитию компьютерных гипертекстовых виртуальных объектов: для них и для их интерпретаций характерны очень разнообразные сочетания и взаимодействия вербальных и невербальных знаковых систем.
Развитие семиотики связано не только с разнообразными гуманитарными исследованиями: велики и всё более возрастают её взаимодействия с точными и техническими дисциплинами. Близки к проблемам семиотики работы по двум взаимосвязанным дисциплинам, зародившимся в 1947-49 гг., - кибернетике и теории информации. (Основателями первой из них были Н. Винер и У. Росс Эшби, второй - К. Шеннон и Г. Кастлер). Для этих направлений характерны общие подходы как к живым, так и к техническим и языковым системам: были разработаны и применяются точные количественные и структурно-функциональные методы вычислений объёмов и сложностей различных текстов - как для сообщений, передаваемых техническими средствами связи, так и для устных и письменных коммуникаций между людьми. С 1950-х гг. теоретические положения, формулы и уравнения этих двух дисциплин стали основами для ряда новых интересных философско-кибернетических концепций мироздания, жизни, эволюции, разума и культуры. В рамках этих направлений (быстро ставших научными традициями) считается, что носители той или иной информации действуют лишь как сигналы (signals) и их совокупности - сообщения (messages). Это означает, что информация, передаваемая с помощью этих носителей, присуща им самим, а от структур и функций тех систем, которые их кодируют и передают, принимают и декодируют, а также от каналов информационной связи, зависит лишь степень правильности и полноты передачи и приёма (восприятия) этой информации - но не её значения, смыслы, ценности для систем.
Однако именно задачи вычисления ценностей и определения смыслов в реальных информационных системах стали для таких теоретико-информационных подходов “камнями преткновения”. (Особенно это относится к самым различным биологическим системам.). Семиотики же изучают знаки (signs). Это - понятие не только исторически предшествующее, но и более общее: ‘signals’ можно рассматривать как частные случаи ‘signs’ - вырожденные (в том смысле, в каком этот термин принят в математике), с однозначными интерпретациями. Всё больше становится известно конкретных объектов и явлений, в которых варианты смыслов и значений для отдельных знаков и для их сочетаний определяются именно контекстами - специфическими свойствами тех знаковых процессов, которые характерны для тех или иных сложных систем. (Так, в биологии примерами этого являются многие генные и биохимические системы живых клеток.). И чем более сложна и высокоорганизованна система, тем больше в ней знаков, являющихся далеко не только сигналами. Таким образом, в целом семиотика более “холистична”, чем первые концепции теории информации и кибернетики. Сейчас и теория информации, и кибернетика становятся всё более связанными с семиотикой и отчасти входят в неё (есть уже соответствующие семиотические понятия “киберсемиотика” и “кибернетика 2-го порядка”). Теперь кибернетическими аспектами семиотики широко занимаются и нейробиологи, и специалисты по различным конкретным технико-информационным системам, ‘computer science’ и искусственному интеллекту - из США, Германии, Бельгии, Франции и ряда других стран.
Таким образом, современная семиотика - это синтез гуманитарных, естественнонаучных (в основном биологических) и технических знаний, включающий в себя как анализ знаковых процессов в феноменах жизни, разума и культуры, так и концепции и разработки знаковых принципов для систем искусственного интеллекта.
В значительной степени семиотике связана с философскими представлениями, причём относящимися к различным традициям. (Особенно значимы для неё влияния позитивизма, прагматизма, эволюционной эпистемологии.). И потому среди работ по семиотике и биосемиотике встречается немало результатов методологической рефлексии, в которых проводится анализ концептуальных и когнитивных структур и процессов, а в отношении объективно существующих феноменов предлагаются лишь своеобразные “формы представлений данных”, порой весьма интеллектуально привлекательные. По мнению автора, ещё более привлекательны концепции, являющиеся не “презентациями”, а “когнитивными имитационными моделями”: именно они могут помочь понять, а то и предсказать, различные феномены реальности.
На наш взгляд, уже сейчас семиотика - и особенно биосемиотика - более продуктивна, чем разнообразные традиционные философские подходы. Ведь семиотики - это специалисты с очень различными базовыми образованием, специализацией и интересами. Их объединяют общие задачи и цели: изучать знаковые системы самой различной природы - как их общие принципы, так и их конкретные структуры и функции - чтобы понимать и предсказывать соответствующие феномены и события.
В семиотике, и особенно в биосемиотике, очень важны те глубинные междисциплинарные аналогии (точнее, анализ знаковых функциональных сходств), правомерность и прогностические возможности которых можно проверять - подтверждать или же опровергать - методами точных и естественных наук. Нередко оказывается, что принципы функционирования и пути развития конкретных сложных систем, совершенно разных в субстратном отношении, поразительно сходны: сходства между их знаковыми процессами оказываются не менее, а с возрастанием сложности систем - всё более и более важными для их функционирования и/или развития, чем глубокие различия между их физическими компонентами и их пространственной организацией. И, напротив, - причинами глубоких различий между, казалось бы, очень сходными по своей природе объектами и явлениями бывают именно различия между их знаковыми процессами. Это делает семиотику важной как для миропонимания в целом, так и для изучения функций, поведения и развития конкретных сложных объектов самой различной природы.

О становлении биосемиотики как таковой.

Биосемиотику как дисциплину составляют те понятия, подходы, концепции, методы, исследования и их результаты, согласно которым именно разнообразные знаки и знаковые процессы (порождения и интерпретации знаков, акты категоризации и коммуникации) - это фундаментальные свойства живого, его суть. (См. цитаты в начале этой главы). Не зависимо от того, считать ли биосемиотику разделом семиотики или же видеть в биологических явлениях природные источники и основы всех прочих знаковых систем, - исторически биосемиотика выросла из общей семиотики и базируется на многих её представлениях, включая идеи различных направлений философии, лингвистики и культурологии. Значит, отчасти биосемиотика - это междисциплинарный анализ биологических проблем - с тех позиций, которые порождены гуманитарными знаниями и подходами. Всё более возрастает и вклад в биосемиотику методов и концепций технических наук.
Здесь уместен вопрос биологов, исследующих те или иные конкретные феномены живого: а может ли эта система понятий и концепций стать “когнитивным инструментом” для решения конкретных биологических проблем? Что даёт биосемиотика - лишь систему форм представления данных, полезных для описательного понимания живых объектов, или же гораздо большее - систему логических моделей, позволяющих изучать и прогнозировать изменения их состояний, их развитие и поведение?
Есть основания считать, что именно для решения фундаментальных и в то же время конкретных проблем биологии биосемиотика может дать многое. (В частности, именно таковы задачи биосемиотических работ, написанных автором (см. список литературы)).
Отметим, что ещё один из основателей семиотики - упомянутый выше американский логический позитивист Ч.Моррис - считал, что в целом семиотика “не обосновывается на определённой философии”, а должна рассматриваться в контексте науки о поведении (теперь уже в самом широком смысле этого слова - прим. автора); что она “может быть развита наиболее плодотворно на биологической основе” (цитировано по: Ветров, 1968, с. 7.).
Первые представления о взаимодействиях организмов с окружающей их средой как о знаковых процессах - такие, которые теперь ретроспективно рассматриваются как исходные концепции биосемиотики - сформулировал живший в Эстонии немецкий биолог Якоб фон Икскюль (Jakob von Uexkull, 1909, 1940); именно он пришёл к выводу, что интерпретировать знаки могут только живые объекты. Свои биосемиотические взгляды и работы он таковыми не называл: сам термин “биосемиотика” появился значительно позже. Считалось, что впервые его ввёл в употребление наш соотечественник Ю. С. Степанов (Степанов, 1971). Однако недавно эстонский биосемиотик К. Кулль обнаружил, что впервые этот термин, а также три вполне правомерных и сейчас закона биосемиотики, за 9 лет до Степанова предложил в своих работах Ф.С.Ротшильд - нейроанатом, медицинский психолог и психиатр (Rotschild, 1962; - см. Kull, 1999). Концепции Я. фон Икскюля и Ф.С.Ротшильда стали лишь первыми шагами к зарождению биосемиотики: Долгие годы интерес к произведениям этих авторов был незначительным, их почти никто не обсуждал, и развивалась биосемиотика в других научных сообществах. Происходит это лишь в последние десятилетия, и всё более и более интенсивно. (Подобные “задержки восприятия” фундаментальных открытий в научном сообществе случаются: например, до 1900 г. никто из биологов не понимал, что ещё в 1859 г. Г. Мендель выявил дискретные носители наследственных свойств, впоследствии названные генами; до конца 1970-х - начала 1980-х гг. генетики - уже многочисленные - не понимали, что ещё в 1951 г. Б. МакКлинток нашла у высших организмов генетические структуры, способные перемещаться по их хромосомам.).
Начиная с 1950-х гг. зоопсихологи и этологи, а затем всё более и экологи, изучают различные процессы коммуникаций между живыми существами - в природных биоценозах, в лабораторных популяциях и экосистемах. Наряду с оптическими и акустическими коммуникациями - характерными для людей (а потому более доступными изучению) и присущими также высшим животным, - эти исследования охватывают всё более и более широкий круг феноменов - в частности, воздействия одних организмов на другие посредством как различных физических контактов (включая и пищевые), так и многообразных биогенных молекул - феромонов, фитонцидов, антибиотиков, катаболитов, молекулярных медиаторов межклеточных коммуникаций - а также биологических полей. Как коммуникации между разными видами организмов можно рассматривать и различные формы межвидовых взаимодействий: поедание (включая хищничество и паразитизм), симбиоз, комменсализм, конкуренцию, мимикрию и другие. (Здесь и далее курсивом выделены термины, объясняемые ниже, в словаре.). Нередко живые организмы разных видов - партнёры по тому или иному жизненно важному коммуникационному акту - относятся к очень далёким друг от друга систематическим группам, разным экологическим нишам и далёким друг от друга пищевым (трофическим) уровням. Такие коммуникации не следуют ни из классификационных, ни из материальных (например. пищевых) отношений между организмами-партнёрами - однако при этом являются ключевыми для различных биоценозов. С начала 1970-х гг. исследователи стали рассматривать их и с позиций семиотики, экстраполируя таковые всё шире (а в палеонтологическом смысле - и глубже): за рамки тех знаковых процессов, которые сходны с таковыми у людей, и стремясь выявить за субстратным и сюжетным разнообразием биологических коммуникаций общие знаковые принципы - фундаментальные общебиологические, а то и первичные для коммуникаций любой природы. Сначала семиотические подходы касались лишь различных высших животных: стремились выяснять знаковые аспекты тех или иных их действий (поведенческих актов) - как в рамках популяций, так и в лабораторных экосистемах и в природных биоценозах. Для развития этих взглядов - на пересечении семиотики, этологии и зоопсихологии - многое сделал крупнейший семиотик и биосемиотик T.A.Sebeok. Начало положила его публикация 1963 г.; в 1972 г. он предложил термин “зоосемиотика” (см. ссылки в списке литературы; выделенные курсивом термины - см. ниже в словаре); годом ранее термин “биосемиотика” предложил Ю.С. Степанов - как оказалось, повторно (см. выше). Этот подход экстраполировали на представителей различных типов беспозвоночных, включая простейших. Фитосемиотика - система представлений о том, как знаки могут интерпретироваться растениями (несмотря на отсутствие у последних специальных органов перцепции и нервной системы) - зародилась ещё позже (Krampen, 1981). Таким образом, сначала биосемиотика формировалась в рамках тех направлений, которые сейчас называют экзосемиотикой, - охватывая таксономические группы организмов, всё менее и менее похожих на человека.
Работы по эндосемиотике появились в последние полвека - с развитием молекулярной биологии и генетики, биологии клетки, биологии развития и нейробиологии. Причины этого таковы. Физико-химические подходы в биологии (“физико-химическая биология”, включающая белковую, генную, клеточную и эмбриональную инженерии и ещё многие биотехнологии) дали ценнейший арсенал приборов, молекулярных инструментов (включая биогенные) и методов, благодаря которым сделано множество фундаментальных открытий и поставлено немало новых задач. Восприятие живых систем как физико-химических объектов оказалось необходимым, однако не достаточным: этот подход выявил и выявляет именно те процессы, которые следует понимать как знаковые. Сейчас можно сказать, что биология уже интенсивно использовала логику и методологию физико-химического анализа различных стохастических ансамблей, а теперь всё более переходит к анализу знаковых, информационных структур и событий. Собственно, элементы семиотического подхода к генетическому коду можно видеть в теоретико-аналитических работах начала 1960-х гг. (Г.Патти, М.Ичас, В.А.Ратнер). Четверть века лет назад молекулярная генетика эукариот (к ним относятся грибы, животные, растения и многие одноклеточные) базировалась на методах статистического физико-химического сравнения сходств гетерогенных фракций ДНК. Однако в 1977 г. были созданы методы секвенирования (“чтения”) любых конкретных участков ДНК, общие для определения самых различных последовательностей нуклеотидов - взятых из геномов разных организмов и/или кодирующих разные биологические смыслы (в частности, в виде генов) (в словаре ниже - см. генетический код). В результате за последние три десятилетия молекулярная генетика методологически принципиально изменилась: теперь она работает с объектами, подобными текстам в узком смысле (ниже, в словаре - см. текст), и потому методологически и концептуально сходна не столько с физикой и химией (изначальные базовые аналитические методы её исследований - физико-химические), сколько со сравнительной и структурной лингвистикой. За те же годы биохимики перестали довольствоваться изучением кинетических параметров реакций: объектами биохимии стали разнообразные конкретные биомолекулы, часто играющие роли знаков. Ведь анализ и моделирование их разнообразных пространственных форм (обычно выявляемых на основе секвенирования белков или соответствующих им генов), их временных преобразований, перемещений и взаимодействий, тесно связаны с изучением их биологических смыслов в клетках и организмах. По сути, большинство объектов и событий биологии клетки теперь рассматривают именно как знаковые взаимодействия: между генами и белками - их регуляторами; между сигнальными молекулами (включая нейропептиды) и мембранными каналами и рецепторами и т.п..
При функционировании и развитии разных систем - состоящих из совершенно различных субстратных компонентов и имеющих различные физические размеры и происхождение - нередко проявляются общие закономерности, обусловленные сходствами их знаковых процессов. Таковы многие функциональные сходства между совсем различными биосистемами (построенными из разных элементов и на разных уровнях), между ними и феноменами культуры. Вот лишь несколько примеров из множества таких явлений.
       (1). Именно в биологических системах присутствуют и взаимодействуют объекты, похожие на разнообразные взаимодействующие продукты культуры: и на буквенные тексты (ДНК и кодируемые в них первичные структуры РНК и белков), и на иероглифы (множество видов малых биогенных молекул, лишь некоторые из которых - 5 нуклеотидов и 20 аминокислот - стали выполнять функции “букв” в генетических “текстах” и “программах”), и на невербальные произведения культуры, имеющие пространственную организацию (третичные и четвертичные структуры белков, ансамбли молекул на мембранах, разнообразные формы клеток, органов и организмов), и на человеческие общества (системы взаимодействующих клеток в колониях и организмах, популяции особей одного вида, системы трофических и информационных сетей в биоценозах). (К этим сравнениям нас приводит анализ множества фактов из биологии и гуманитарных наук). (2). Поверхности клеток и поступающие на них молекулы - это сложные системы молекул и макромолекулярных ансамблей, которые можно рассматривать как знаки, так или иначе интерпретируемые этими и/или другими клетками (примеры - см. Васильев, 1999; Абелев, 1999; Галактионов, 1999; Фрейдлин, 1999 а, б; Пшенникова, 1999); эти структуры весьма напоминают совокупности механизмов и архитектурных сооружений. (3). Суть коммуникаций между клетками, в особенности нервными, оказалась не только в проведении электрических импульсов per se, но и в передаче разных сигнальных молекул, несущих разные смыслы. Их - множество, образующее своеобразный “язык” межклеточного общения: более 30 разных низкомолекулярных медиаторов и около разных 1000 белков - нейропептидов, кодируемых соответствующими генами; клетки распознают и так или иначе интерпретируют их посредством разных белковых мембранных рецепторов, тоже кодируемых своими многочисленными специфическими генами (примеры - см. Дубынин и др., 2003). (4). У дрожжей выявлено немало генов, подобные которым - с почти такими же нуклеотидными последовательностями - есть и в геноме человека; у людей мутации в одном из них вызывают наследственную глухоту, в другом - семейную кардиомиопатию, в третьем - болезнь Вильсона (нарушения обмена меди с поражением печени), в четвёртом - наследственный неполипозный рак, в пятом - рак кожи (пигментную ксеродерму), и т. д. (“The genes...”, 2001). Ни ушей, ни сердца, ни печени, ни кишечника, ни кожи у дрожжей нет - у них соответствующие гены ответственны за принципиально иные, клеточные структуры и функции. Значит, одни и те же знаки - гены - в эволюционно разных знаковых системах - клетках и организмах - могут интерпретироваться совершенно по-разному. Это примеры омонимии (см. ниже - в словаре) - ранее известной лишь в феноменах культуры. (5). Исследованиями последних лет найдены такие биологические макромолекулы, функциональные свойства которых - причём именно их способности интерпретировать субстраты как знаки - вовсе не зависят от того, из мономеров какой биохимической природы состоят и к какому классу макромолекул относятся они сами. Так, найдено и изучено более десятка разных по первичным и вторичным структурам рибозимов - таких РНК, которые работают как белки-ферменты, расщепляя в определённых местах другие РНК; недавно обнаружены и изучаются антирибозимы - это, напротив, белки, которые работают вместо терминаторных тРНК, прекращая синтез белковых цепей на кодонах УАА в мРНК; открыты абзимы - антитела с функциями ферментов. Некоторые белки имеют почти идентичные функции и пространственные структуры, будучи построенными из совершенно разных последовательностей аминокислот. (Это обнаружено, например, среди сериновых протеаз из разных организмов и среди белковых ядов разных животных.). Всё это - примеры синонимии (см. ниже - в словаре), тоже ранее известной лишь в знаковых системах, созданных людьми. (6). Среди биологических макромолекул и их проявлений обнаружены явления, аналогичные межвидовым взаимодействиям - мимикрии (см. ниже - в словаре) (множество примеров можно найти в Интернет на слово ‘mimicry’) и симбиозу (cм. там же). (7). Поведение клеток в организме во многих аспектах сходно с социальными процессами у людей: давнюю метафору Р.Вирхова и Ч.Спенсера: “организм - это государство клеток” во многих новых аспектах подтверждают исследования жизни клеток и их совокупностей в норме и патологии, в частности при раке (Sedov, 2000 (a)). (8). Эволюция сегментированных защитных покровов тел животных (членистоногих, панцирных рыб, наземных рептилий) - всё более дробное членение и увеличение степеней свободы при движениях - сходна с эволюцией воинских доспехов (античных, рыцарских, кирасирских), причём исторически доспехи создавались оружейниками задолго до накопления такого материала палеонтологами. (9). Определение экологических ниш видов - “профессии” видов в биоценозах (Одум, 1975); здесь тоже уместны социальные аналогии. (10). Немаловажные для понимания микроэволюционных - внутривидовых - процессов, стохастические модели генетики популяций и естественного отбора оказались крайне недостаточными для изучения макроэволюции - развития таксонов и экосистем на надвидовых уровнях. Современные концепции эволюции живых организмов - от молекулярно-генетических до морфологических и экологических - становятся всё более автогенетическими. Согласно им, суть эволюционных процессов составляют самосборки - автопоэз; ключевым для дальнейшей эволюции биосистем оказывается многое из того, что уже стало им присущим в результате эволюции предшествовавшей - специфика их биогенных молекул, генов, геномов, клеткок, органов, организмов, популяций, биоценозов (Maturana, Varella, 1975; Jantsch, 1992; Воронцов, 1999; Еськов, 2000). Мы можем уподобить развитие живых систем - эволюцию и онтогенез - совершенствованию “конструкторских бюро”: по мере усложнения как их задач, так и их внутренней организации, они всё более интерпретируют внешние и внутренние события (знаки) сами и всё более многоаспектно, оставляя естественному отбору лишь функции “отдела технического контроля на выходе” - с начала самостоятельной жизни особей. (11). Подобны синонимии и различные биосоциальные явления у животных - как морфофизиологические, так и поведенческие: функционально сходные системы образованы из элементов, имеющих совершенно разное строение и систематическое положение. Общий набор вариантов и направлений формирования колоний из особей присущ представителей разных типов беспозвоночных животных: простейших, кишечнополостных, мшанок, личиночно-хордовых. (Панов, 2001, с. 89-174). Семьи-колонии - такие, в которых много особей одного вида (от сотен до миллионов) живут вместе в одном жилище; из самок размножается лишь одна, а остальные особи меняют свои социальные роли в течение жизни и/или представлены несколькими кастами - разными по облику, строению, функциям, поведению, биохимическим особенностям - формируют животные из совсем разных типов: членистоногих (много видов насекомых из двух разных отрядов - термитов и перепончатокрылых (осы, пчёлы, шмели, муравьи)) и позвоночных (один вид млекопитающих - грызун голый землекоп Heterocephalus glaber) (там же, с. 385-494). Есть определённые сходства в поведенческих коммуникациях между особями, в принципах интерпретации их знаков, у животных из систематически совсем разных групп - например, у видов, имеющих брачные тока (сборища активных самцов для привлечения самок): в разных отрядах птиц (куриных, куликов, колибри, дроф, воробьиных), млекопитающих (рукокрылых, полорогих и плотнорогих копытных) и даже у насекомых (стрекоз и мух-дрозофил) (там же, с.215-240). Тока как системы коммуникаций, интерпретаций знаков - взаимного положения индивидов в пространстве, их поз, жестов, звуков - сходны и с феноменами культуры, присущими людям: от массовых эротических ритуалов в прошлом и в архаических культурах до танцплощадок и дискотек.
Итак, в самых разнообразных областях биологии становится всё больше концепций по сути биосемиотических, хотя большинство их ранее к таковым не причислялись никем, начиная с их авторов. На наш взгляд, для решения основных крупных групп задач, специфических для биологии - изучения механизмов, путей и причин метаболизма, онтогенеза, эволюции, экологических сукцессий, биологических основ сознания и коммуникаций - именно семиотические подходы становятся всё нужнее: развитие точных аналитических и экспериментальных биологических исследований и осмысление их результатов всё более и более вели к семиотическим подходам - особенно интенсивно в конце минувшего века. И вот, лишь с конца 1980-х гг. биосемиотика начала стремительно формироваться и развиваться - как работа и продукция растущего специфического научного сообщества. Следствия этой новизны таковы.
1. Понятийный аппарат биосемиотики, включая и её терминологию, всё ещё находится в стадии интенсивного формирования.
2. Значительная доля важных текстов по биосемиотике - как исследовательских работ, так и описаний событий в её развитии - сразу помещается на соответствующие крупные сайты в Интернет, а далеко не только в “бумажные” научные журналы и монографии.
3. В обиход отечественных исследователей сам термин “биосемиотика” только начинает входить, и русскоязычной литературы по биосемиотике практически нет. При этом именно отечественными биологами написано немало работ, полных “спонтанной семиотики” (по выражению датского биосемиотика C.Emmeche), в то время как сами себя эти биологи как представителей биосемиотики не идентифицируют, а зарубежное сообщество биосемиотиков их работ не знает и не обсуждает.
       Однако судьбы и пути развития науки и культуры в нашей стране столь своеобразны, что и в развитие биосемиотики наши соотечественники уже внесли и ещё могут внести специфический вклад.

Отечественная специфика биосемиотики.
       
       На сайтах ‘Biosemiotica Slavica’ (Россия) и ‘Biosemiotics’ (Тарту, Эстония) (см. список литературы) приведен список 52 конференций по биосемиотике, в основном международных, начиная с 1978 г.; показано, что самые первые конференции по биосемиотике происходили и на территории бывшего СССР и России, однако ныне они проходят преимущественно за рубежом. В СССР любые философские и методологические системы, не вписывавшиеся в догмы “диалектического и исторического материализма”, в лучшем случае не имели никакой материальной, организационной и технической поддержки, в худшем - подвергались административно-идеологическим репрессиям. Один из примеров этого - судьба сборника материалов конференции “Биология и лингвистика” (Тарту, 1978) - первой в истории мировой науки конференции по биосемиотике (таковой её считают и нащи зарубежные коллеги). Подготовленный к изданию тогда же, этот сборник сможет быть опубликован в Тарту лишь теперь; есть в нём и воспоминания участников этой конференции, ставших его составителями, об абсурдных преградах, водружавшихся советской цензурой на его пути к читателям. В тех условиях, за “железным занавесом”, сообщество отечественных биосемиотиков никак не могло ни стать известным зарубежным коллегам, ни взаимодействовать с ними. Теперь же материальное положение наук в России - особенно фундаментальных - очень мягко говоря, оставляет желать лучшего; несколько ведущих отечественных биосемиотиков эмигрировали и работают в других странах. С другой стороны, теперь немногочисленные российские биосемиотики стали участвовать в зарубежных международных конференциях и других формах деятельности мирового сообщества коллег.
       При этом именно в отношении биосемиотики в нашем культурном ареале “дышат почва и судьба”. На названном выше сайте С.В.Чебанов отмечает “... большое своеобразие русской биосемиотической школы ... как некоторого единства биосемиотиков, унаследовавшей традиции русской науки и русской культуры в целом”. Немаловажен в этом контексте большой интерес наших выдающихся поэтов - В.Хлебникова, О.Э.Мандельштама - к проблемам биологии. Некоторые концепции российских биологов конца 19-го - 20-го веков были близки к идеям семиотиков: анализ того, почему идея естественного отбора недостаточна для понимания эволюции (И.А.Аршавский, Н.А.Бернштейн, А.А.Гурвич, Б.Л.Личков, А.А.Любищев, Д.Н.Соболев), “семиотическая по сути русская генетика” (Н.Н.Кольцов, Ю.А.Филипченко, С.С. Четвериков), работы “любищевского” направления (Р.Г.Баранцев, Ю.В.Линник, С.В.Мейен, Ю.А.Шрейдер). С другой стороны, пишет С.В.Чебанов, весомый вклад внесла традиция отечественной семиотики - “Тартусско-Московская школа” (Р.О.Якобсон, Ю.М.Лотман, приезжавший в нашу страну и сотрудничавший с ними Т.А.Себеок, а также В.Иванов и Ю.С.Степанов).
“Вместе с тем, эта школа как школа никак не оформлена - ни организационно, ни терминологически, ни концептуально, ни коммуникативно (нет никаких специализированных изданий или конференций). Более того, существует значительное количество групп и отдельных исследователей, которые никак не взаимодействуют друг с другом и даже не осознают того, что по сути занимаются одним делом. Ещё более усугубилось такое положение за последние 10-15 лет, когда русские исследователи расселились по всему миру.” (см. на этом же сайте). Так, из России эмигрировали как основатели семиотики (например, Р.Якобсон), так и её современные лидеры (например, известные семиотики В.Иванов и А.Майстель и биосемиотик А.Шаров уже много лет живут и работают в США.).
Надеюсь, что поддержанию и развитию отечественной биосемиотики помогут как названный Веб-сайт, так и эта глава.

 
Словарь биосемиотики.

1. Круг задач, встающих перед биосемиотиками мира, огромен. В своих многообразных исследовательских и аналитических работах они конструктивно используют - развивают, а иногда оспаривают - уже сформулированные понятия и концепции. Для этой работы необходим общий тезаурус, включающий биосемиотические понятия. Основой его может стать толковый словарь - глоссарий.
2. В основу предлагаемого ниже словаря положен недавно созданный “A brief biosemiotic glossary” (см. Emmeche et al., 2002; с.25-30) - не только современный, но и вообще единственный словарь по биосемиотике: его авторы пишут (с.25), что единственный опубликованный до того словарь по биосемиотике - созданный Thure von Uexkull (1982) - весьма специфичен, т.к. содержит объяснения понятий из трудов его отца, Jakob von Uexkull, написанных по-немецки более 60 лет назад. В предлагаемом ниже словаре переведены на русский язык и интерпретированы все термины из словаря (Emmeche et al., 2002). Некоторые термины добавлены и разъяснены автором. Рассмотрим ещё несколько важных обстоятельств, касающихся терминологии биосемиотики (они упомянуты там же, с.25-26).
1. В биологических словарях семиотические термины крайне случайны
       и редки; чаще, напротив, встречаются интерпретации биологических
       понятий в словарях по семиотике (особенно в тех, авторы или
       редакторы которых - T.A.Sebeok, P.Bouissac, P.Cobley, W.Noth).
       2. Вплоть до самых последних лет подавляющее большинство биологов
       - изучавших в своих объектах те самые разнообразные системы и
       процессы, которые мы сейчас рассматриваем как знаковые,
       воспринимало семиотику, а потому и весь её понятийный аппарат,
       как область маргинальную - далёкую от их собственных задач,
       концепций и методологий. Теперь же концепции семиотики касаются
 всё большего и большего круга проблем, оказываясь правомерными
       и для биологии; благодаря этому и базовые понятия самой семиотики
       тоже могут совершенствоваться.
       3. Многие биологические феномены с позиций семиотики могут
       быть осмыслены по-новому; соответственно, по-новому строится и
       сам биологический дискурс. (Этому способствует упомянутая выше
       “спонтанная семиотика” биологов.).
 Именно поэтому толковый словарь по биосемиотике должен содержать не просто суммарный набор объяснений тех понятий из биологии и из семиотики, которые встречаются вместе в одних и тех же работах, но некий их синтез, при котором каждое понятие осмыслено в новых аспектах - в контексте развивающегося “симбиоза” биологии и семиотики.
       Задача предлагаемого ниже словаря - не провести критический анализ уже принятых и ещё развиваемых понятий биосемиотики, а лишь разъяснить соотечественникам эти новые для них термины и этим помочь им понять работы, опубликованные и обсуждаемые биосемиотиками. Ведь их количество и разнообразие в мировом сообществе возрастает всё стремительнее. Русскоязычных же публикаций по биосемиотике появляется сравнительно немного - даже в последние, бесцензурные годы. Ведь и санкт-петербургские биосемиотики, сообщество которых формировалось в течение 30 лет, во многом благодаря работам и организационной деятельности С.В.Чебанова, и он сам, и автор, москвич, нередко пишут свои работы сразу для зарубежных публикаций на соответствующих языках (преимущественно на английском) - так как, к сожалению, в России совсем нет изданий, публикующих такие исследования. С другой стороны, нередко тот или иной отечественный биолог - даже если он пишет вполне “спонтанно-биосемиотическую” работу сразу на английском языке! - будучи оторванным от мировой биосемиотической мысли, развивает свой собственный понятийный аппарат, совсем не опираясь на базовую англоязычную международную терминологию, входящую в профессиональный обиход. Конечно, такие ситуации чреваты “изобретением деревянных велосипедов”. Образно говоря, “убрав скрытые ухабы” непонимания, предлагаемый словарь должен помочь как пользоваться “уже изобретёнными велосипедами”, так и “изобретать новые средства передвижения” в пространстве знаний и проблем. Обсуждение же того, насколько полезен тот или иной термин, необходим ли он для решения тех или иных задач биологии, его “выбраковка” или, наоборот, принятие и развитие - это отдельный большой круг задач - возможно, предназначенных нашим читателям.
 Терминов в биосемиотике сравнительно немного, и потому наш словарь построен просто в алфавитном порядке: найти здесь незнакомый термин - проще, чем в кластерах того или иного большого тезауруса.
Данный словарь содержит два алфавитных списка.
Первый список содержит термины на русском языке в порядке русского алфавита. Это - точные эквиваленты тех иноязычных терминов, каждый из которых допускает один перевод - приведенный здесь. Если предлагаемому русскому термину соответствует лишь один исходный употребляемый английский термин, однако такой, что он не очевиден из русского толкования, то он приведен в скобках вслед за предлагаемым русским термином. В некоторых случаях из этой, русской, части словаря даны отсылки на иноязычную часть (см. ниже) - например, для групп взаимосвязанных иноязычных понятий, которые лучше объяснить в совокупности именно там, т.к. не все они имеют русскоязычные эквиваленты.
Затем в порядке латинского алфавита приведены те иноязычные термины, каждый из которых имеет либо не переводим на русский язык, либо имеет несколько возможных переводов; для каждого из них приведен набор близких по смыслу русскоязычных выражений. Вероятно, отбор наиболее удачных из них для русскоязычных работ по биосемиотике - дело ближайшего будущего.
Словарь содержит некоторые термины из семиотики и из биологии как таковых, разъясняемые в контексте биосемиотики, а также термины, специфичные для биосемиотики. В качестве основы сделан перевод словаря-глоссария (Emmeche и др., 2002). Некоторые термины, отсутствовавшие в нём, автора счёл необходим ввести в данный словарь. Это: гены; гетерологичные транспозиции; мемы; метасистемные транзиции; многоуровневый рефрейминг; семантический вес; текст; уровни - структурные, функциональные, классификационные, уровни организации; фены; и ещё ряд терминов, вводимых ad hoc - при объяснениях других понятий.
 Толкования многих других терминов значительно расширены и/или углублены (например, генетический код (2); информация; микроэволюция; макроэволюция; мимикрия; симбиоз; знак; память; язык).
Автореференция (Self-reference) -см. Референция.
Агентивность - см. Agency.
Адаптация - (1) элемент экологического кода (см.), включающий семиотическое соответствие между организмом, его Umwelt и экосистемой, в которой он находится; (2) процесс формирования такого кода (иногда его называют адаптогенезом).
Биология - наука о живом.
Биосемиотика - совокупность концепций семиозиса (см.) в живых организмах; биологические концепции, интерпретирующие живые системы как знаковые системы (sign systems); научная область, изучающая биологические коды (см.), знаки и подобные им образования, присущие живым организмам.
Биосфера - совокупность биогеоценозов Земли; сеть всех живых систем Земли во взаимосвязях и взаимодействиях друг с другом и со средами их обитания. Б. охватывает нижнюю часть атмосферы, гидросферу и верхнюю часть литосферы.
Генетическая ассимиляция - см. Эффект Болдуина.
Генетический код:
(1) в “хрестоматийном”, узком смысле, - это ДНК-РНК-белковый триплетный код: соответствие между, с одной стороны, той или иной конкретной тройкой идущих подряд нуклеотидов (триплетом) в белок- кодирующем участке гена (см). и транскрибируемой с этого гена мРНК, и, с другой стороны, конкретной аминокислотой в определённом месте белка, или же местом начала или конца кода этого белка на ДНК и мРНК. В ДНК - 4 вида нуклеотидов; полный набор их комбинаций -последовательностей по 3 - образует 64 разных возможных триплета (например - ТТТ, ТТГ, ТТЦ, ТТА и т п.) ; 61 триплет кодирует аминокислоты (их в белках 20 видов - некоторым из аминокислот соответствуют по несколько определённых триплетов), 3 триплета - начало и конец белка. Каждый из 64 триплетов имеет лишь один смысл - кодирует либо свою определённую аминокислоту, либо начало белка, либо его конец. Для всех белков почти всех организмов этот код един; лишь в нескольких геномах найдено более 10 его незначительных вариаций - различающихся смыслами лишь 1-3 триплетов. (У человека - две вариации: в геномах ядер и в геномах митохондрий). Любой геном - это длинная цепочка ДНК из той или иной последовательности нуклеотидов (от нескольких тысяч до миллиардов); лишь некоторые её участки содержат гены, а в них - белок-кодирующие отрезки: лишь они интерпретируются (“считываются”) триплетами с копий генов - с мРНК. Это происходит в органеллах биосинтеза белка - рибосомах - посредством различных тРНК и набора специальных ферментов. Каждая тРНК узнаёт свой триплет в мРНК и затем предоставляет для биосинтеза белка соответствующую аминокислоту. Триплеты считываются подряд не перекрываясь; последовательность аминокислот в белке или в его участке однозначно задаётся последовательностью нуклеотидов в белок-кодирующей части соответствующего гена и его копии - мРНК. Этот смысл термина “г.к.” был изначальным, т.к. до конца 1960-х гг. ошибочно считали, что вся ДНК и любая мРНК целиком кодируют белки; с тех пор такое его употребление стало традиционным и хрестоматийным, однако по смыслу оно уже устарело (см. генетический код (2) ):
(2) в современном смысле - более широком и более точном, чем
генетический код (1): тот или иной способ кодирования наследственной
информации в ДНК и иногда, соответственно, в РНК; за последние 25 лет исследований геномов самых различных организмов выяснилось, что триплетный ДНК-РНК-белковый код - это лишь один из многих способов генетического кодирования в ДНК и РНК. “Генетическое содержание последовательностей ДНК определяется суперпозицией многих кодов” (Трифонов, 1997), среди которых имеется не только генетический код (1), но и разнообразные не триплетные коды: код модуляции, код укладки РНК, код сегментации генома, хроматиновый код, код укладки белка, код сплайсинга генов, код конформации ДНК, коды её транскрипции в мРНК, код для рамки трансляции, и ещё несколько кодов; в геноме эти виды кодирования взаимодействуют, разные коды чередуются, а местами перекрываются (см. там же).
       Гены - носители наследственности у всех клеток и организмов. Г. открыл Г.Мендель в 1859 г.; сам этот термин предложил В. Иоганнсен (W.Johannsen) в 1909 г.. Каждый г. - это дискретный наследуемый фактор, определяющий одно или несколько конкретных свойств организма - его структур и/или функций. Г. расположены линейно (не ветвящимися цепочками) в хромосомах. Каждый г. состоит из: (а) структурной части - одного или нескольких участков ДНК, которые кодируют тот или иной определённый белок (проявление которого и есть первичная функция этого г., т.е. элементарный фен (см.)) или же служат матрицей для синтеза той или иной определённой рРНК или тРНК, и (б) регуляторной части - одного или нескольких участков ДНК, прилежащих к структурной части г. и способных связываться со специальными регуляторными белками, поступающими извне, и тем самым регулировать копирование структурной части г. в виде РНК. Во многих аспектах г. можно рассматривать как знаки (см.) и/или знаковые системы (см.). (См. также: генетический код, фены, мемы.).
Гетерологичные транспозиции - частный, логически вырожденный случай рефрейминга (см.), при котором лишь один, сравнительно сложный (не меньше кодирующей макромолекулы - ДНК, РНК, белка) биогенный элемент системы берут из одной, гораздо более сложной по сравнению с этим элементом, биосистемы, и переносят (транспонируют) в структурно похожую на донорскую, но в целом иную, биосистему, в которой он ранее не был и к которой не приспособлен. Г.т. - это огромная группа биологических феноменов интерпретации биосистемами вводимых в них биогенных элементов. Почти все они антропогенны; в природе такие направленные переносы единичных элементов не выявляются. (Спонтанные инфекции бактериями, вирусами и транспозонами отличаются от г.т. тем, что происходят не впервые и/или задолго до их обнаружения исследователями, и потому их картина осложнена эволюционно отдалёнными последствиями взаимодействий инфекционного агента и инфицируемых клеток и организмов: толерантностью, резистентностью, специфическим иммунным ответом, различными адаптациями и т.п.). Примеры г.т.: на структурных уровнях экзосемиотики (надорганизменных) - интродукция того или иного - лишь одного - вида из одного природного биоценоза в другой, весьма отличающийся от донорского по видовому составу и прочим характеристикам; на уровнях эндосемиотики (внутриорганизменных надмолекулярных) - гомотрансплантации тканей или органов в новые места того же организма, в иное окружение, и гетеротрансплантации таких структур - в организмы пород и видов, отличных от доноров трансплантатов; на уровнях микросемиотики (субклеточных и биомолекулярных) - генно-инженерные гетерологичные рекомбинантные системы (ДНК-конструкты, трансгенные организмы и клетки), в каждую из которых введен лишь один ген из совсем другого организма и/или сшитый ген (fusion gene) c гетерологичной вставкой, а также химерные белки, каждый из которых содержит небольшую вставку из совсем другого белка.
Введение термина и понятия “г.т.” позволило автору методом межуровневых аналогий сравнить все возможные результаты г.т. на разных уровнях биосистем с помощью иерархической таблицы, а затем оценить их возможные последствия в аспектах экологической и генетической безопасности и биоэтики (Sedov, 2002).
Двойственность (дуальность) кода - наличие во всех живых системах двух групп информационных структур и процессов: аналоговых (примеры - структуры клетки, метаболизм, морфология организма); и символьных, или дигитальных (примеры - последовательности нуклеотидов в генах и аминокислот в белках). (Исходно эти два термина применяются для технических устройств. Например, в часах циферблаты со стрелками - аналоговые, с табло - символьные.). В языке тоже есть подобная дуальность: смыслы имеют аналоговый, образный характер, а формы, планы их выражения в письменных текстах (см.) - символьный.
Денотат - см. Знак.
Десигнат - см. Знак.
Естественная история знаков - эволюция знаковых систем; считая, что семиозис (см.) характерен для биологических явлений, мы можем полагать, что в процессе эволюции могут возникать всё более и более сложные типы знаков и знаковых систем.
Знак (sign) - основной элементарный объект и понятие семиотики (см.). “Материально, чувственно воспринимаемый (в широком смысле, включающем и различные виды детекции объектов техническими устройствами - прим. автора) предмет или действие, служащие: для обозначения другого предмета, свойства или отношения; для переработки и передачи информации (cv/ <www.glossary.ru> : “Знак”); указывающий на другой предмет, отсылающий к нему организм или машину ... а сами ситуации, в которых один предмет функционирует в качестве другого предмета, называются знаковыми ситуациями.” (Ветров, 1968; с.22). Каждая знаковая ситуация характеризуется наличием следующих элементов:
1) объекта, выполняющего при определённых условиях функцию з. - его называют носителем з. (sign vehicle), сигнификантом, телом з., планом выражения з.;
2) объекта, к которому знак отсылает - его называют означаемым (signified object), денотатом (denotatum);
3) смыслового значения (следа), при помощи которого осуществляется отсылка (в частности, мысленной модели объекта), - его называют продуктом интерпретации - интерпретантом (sign interpretant), десигнатом (designatum), сигнификатом, планом содержания з.;
4) организованной системы, отсылаемой к определённому объекту - её называют интерпретатором з. (sign interpreter). В некоторых случаях к ним присоединяется ещё один элемент -
5) организованная система, производящая знаки (например, человек, произносящий слова, адресованные другому человеку). (см.: Ветров, 1968; с. 50; курсивом мною вставлены синонимичные термины, пришедшие в биосемиотику из семиотики языка - прим. автора).
       Сам з. представляет собой неразделимую взаимосвязь компонентов 1), 2) и 3) - но лишь при наличии 4) и 5). “Определяющей стороной з. является его значение, которое может быть предметным, смысловым или экспрессивным. Различают языковые и неязыковые з.” (см. Проект EDI-Press в Интернет.). В качестве з. могут выступать те или иные целостности: физически существующие объекты (например, молекула, луч света, звук, звучащее или написанное слово), процессы (например, изменения концентрации, температуры и т.п.), ресурсы (см.), и т.п.. З. они могут становиться для той или иной живой системы (клетки, индивида, экосистемы, социальной системы), а также для некоторых технических устройств (сложных автоматов, искусственных информационных систем). (С последними вполне сравнимы многие биологические макромолекулы и их комплексы: они тоже могут выполнять функции от 1) до 5) - прим. автора). Вот пример з. и его элементов (нумерация соответствует предложенной выше): 1) дым; 2) огонь; 3), ощущение или понимание того, что “нет дыма без огня” , мысленный образ дымящего огня; 4) воспринявшее дым животное, человек или электронное автоматическое противопожарное устройство, оснащённое дымоуловителями; 5) индейцы, использовавшие костры в качестве з. . Биологический пример: 1) участок ДНК (ген), кодирующий белок- гормон роста - в процессе его работы; 2) функционирующие молекулы гормона роста; 3) процесс и результат роста организма; 4) молекулы-мишени, на которые действует этот гормон, делящиеся клетки и растущие органы, организм в целом. Специалистов - биоинженеров, направленно клонирующих и получающих эти гены и использующих их в медицине или животноводстве, можно отнести к 5) - но с той поправкой, что эти гены уже существовали в природе; люди их не создают, а лишь “тиражируют” в живых системах (иногда отчасти изменяя). Весь геном можно рассматривать как 1) - носитель множества з.; разнообразные жизненные процессы и их интегральные аспекты: развитие, выживание и размножение - как совокупность 2); организмы потомков - как 3) и/или 4).. По Ч. Пирсу (Ch.Peirce), з. бывают индексные, иконические и символьные. Эти аспекты з. нередко сочетаются (см. Индекс, Символ, Иконический, Icon).
Знаковая система - совокупность з. и правил их взаимосвязи; любая система, порождающая, интерпретирующая и использующая знаки (см.). З.с. - это то же, что семиотическая система (см. семиотика). В концепциях современной семиотики, з.с. - гораздо более обширное и фундаментальное понятие, чем язык (см.).
Знаковая ситуация - см. Знак.
Знаковый процесс - см. Семиозис.
Значение - содержательная сторона знака (см.) или совокупности знаков: языка, ситуации, действия, объекта или идеи. (см. Знак).
Зоосемиотика - раздел семиотики, изучающий коммуникации и категоризацию (см.) у животных, их коммуникативное, а также (у высокоорганизованных животных) когнитивное поведение. З. рассматривает с семиотических позиций феномены, изучаемые зоопсихологией, этологией животных и человека, социобиологией. (Оставим открытым вопрос о том, не являются ли некоторые нейробиологические подходы к коммуникациям зоосемиотическими.). З. следует отличать от семиотики интерпретаций животных как знаков в истории культуры. Аналогичное уточнение касается любого термина, содержащего название биологического таксона и слово “семиотика” (См. также: микосемиотика, фитосемиотика.).
Иконический, -ая, -ое - тип знака (см.). Этот термин отчасти близок к понятиям “визуальный, -ая, -ое” и, шире, “изобразительный, - ая, - ое”; однако он имеет несколько более широкий и строгий смысл , чем ‘visual’
(см. Icon). Для И. знака характерна связь (или связи) между означающим и одним или несколькими означаемыми.
Иммунный код - система более или менее точных соответствий между антителами (белками - иммуноглобулинами) и паттернами органических структур организма; эта система позволяет организму отличать свои молекулы от чужих.
Индекс, индексный (index) - такой знак (см.), который соотносится со своим объектом посредством либо прямого физического контакта, либо какого-либо иного физического воздействия, либо причинно-следственных отношений между носителем знака (sign vehicle - см. знак) и объектом. (Примеры: дым и костёр, симптом и болезнь). И. может иметь и иконические аспекты (см. Иконический, Icon).
Информация - понятие, охватывающие различные области науки, имеющее более 20 определений и применяемое в широком диапазоне - от бытовых смыслов (“информация из газет”), до теории и. (которую точнее можно называть “теорией передачи и.”), которую предложил К.Шеннон в 1948 г. в виде системы формул и методов вычисления статистической сложности и неоднородности самых различных систем, включая последовательности событий, тексты, компьютерные программы и т.п.. Отдельный большой сюжет - многообразные, иногда удачные, попытки применить для анализа биосистем теорию информации К.Шеннона, а также другие созданные позже теории и.- семантические, прагматические и т.п... Здесь мы дадим лишь общее определение и. в аспекте биосемиотики: и. - это то различие, которое действует как знак и этим создаёт различие (интерпретант) для некоторого действующего элемента, организма или его части (интерпретатора); такое различие может означать иной объект и таким образом являться просто знаком (см.) - явно или потенциально. Так, не экспрессируемые, т.е. не проявляющиеся в виде признаков гены, “молчащие” последовательности ДНК (в частности, псевдогены), могут иметь лишь потенциальное значение для организма, его потомков и генетико-эволюционной ветви - лишь если они когда-либо так или иначе проявят себя.
Категоризация (деление на категории, присвоение категорий) - процесс формирования символьных объектов из аналоговых в живых системах; процесс различения одних подклассов от других в рамках какого-либо класса феноменов (здесь классы и подклассы - в самом общем, не только в эволюционно-таксономическом, смысле); происходит к. посредством формирования разделяющих границ, что усиливает способность к различению по разные стороны этих границ и снижает такую способность внутри категорий; процесс, при котором непрерывное разнообразие становится дискретным в результате того или иного функционального цикла - шага или серии шагов.
Код - общее соответствие между элементами одной совокупности и элементами другой; тот или иной к. формируется в результате либо отбора по взаимному соответствию (например, генетические к. - см.), либо подбора по согласию (конвенциональные к. - например, азбука Морзе), либо привыкания (например, системы рефлекторных поведенческих актов типа “сигнал-ответ”).
Конкуренция - такие физические и семиотические взаимоотношения между биологическими системами разных структурных уровней (см.) - клетками, организмами, сообществами - в пределах одного вида, систематически близких или же далёких друг от друга видов, при которых между ними происходит борьба за те иди иные ограниченные ресурсы. Показано, что один из близких видов-участников к. обычно вытесняется другим (принцип исключения, или принцип Гаузе). См. Симбиоз.
Культургены - см. Мемы.
Макроэволюция - эволюция биосистем на уровнях выше популяционного - уровня вида и выше (см. уровни биосистем: структурные у., классификационные у.). М. - это процессы, происходящие после того, как уже произошло видообразование - возникли те или иные генетические барьеры (изоляция), приведшие к дивергенции двух или более видов. Генофонды их популяций уже изолированы друг от друга: составляющие их организмы не способны к межпопуляционным скрещиваниям, к гибридизации - попарным объединениям их геномов в геномы потомков. Геномы организмов, принадлежащих разным видам или более крупным систематическим группам, изолированы друг от друга и не взаимодействуют между собой при развитии и жизнедеятельности особей. Поэтому эволюционные судьбы этих групп становятся генетически различными. Если они и воздействуют друг на друга, то вследствие тех или иных надорганизменных процессов - в отличие от микроэволюции (см.), при которой варианты того или иного гена (аллели), находясь в едином генофонде, комбинируются и взаимодействуют в геномах особей-потомков. Однако если считать протяжённые сходства первичных структур ДНК, РНК и белков критериями их эволюционного родства (как делает большинство биологов), то есть важные исключения - межгеномные макроэволюционные взаимодействия. Это: эволюция архебактерий, базировавшаяся на множественных обменах блоками генов между бактериями из очень далёких друг от друга таксонов, как показали сравнения полных нуклеотидных последовательностей их геномов и закодированных в них белков с известными функциями (Koonin et al., 1997); внутриклеточные симбиозы с передачей многих генов в главные геномы, ставшие ядерными (так образовались и эволюционировали клетки всех эукариот: протист, растений, грибов, животных); наличие у симбионтов-прокариот (см. симбиоз) таких же генов, как у их хозяев-эукариот, и наоборот, которое объясняют переносами этих генов между этими организмами; несколько случаев образования гибридных видов. Современные эволюционные исследования показывают, что эти и многие другие факты и фундаментальные закономерности м. нельзя объяснить лишь механизмами, характерными для микроэволюции (см.). (см. Воронцов, 1999). У м. есть два аспекта: таксономический (эволюция родов, семейств, отрядов или порядков, классов, типов или отделов, царств как целостных систем - их планов строения и развития, морфологических и физиологических стратегий) и экологический (эволюция организмов различных систематических групп в контекстах природных экосистем, а также эволюция самих этих экосистем как целого).
Мемы (или культургены) - понятие, предложенное культурологами и социобиологами и интенсивно используемое в последние три десятилетия. Оно охватывает все те продукты человеческой культуры, которые развиваются и передаются последующим поколениям наподобие генов и кодируемых ими признаков - фенов (см.). К м. относят структуры, составляющие языки и тексты, а также невербальные феномены: ритмы и узоры танцев, национальные орнаменты, детали традиционной утвари, культовой символики и т.п.. Как биологическим генам и признакам-фенам, так и всем этим продуктам культуры присущ общий набор фундаментальных процессов, необходимый для их эволюционного развития: размножение (тиражирование) и передача потомкам, дивергенции, конвергенции и параллелизмы, изменения наподобие точковых мутаций - замен отдельных нуклеотидов (особенно это заметно в звуках и буквах слов и письменных текстов) и рекомбинаций - перестановок (например, в синтаксисе), миграции и потоки вместе с их живыми носителями - людьми, отбор и статистический дрейф, массовые появления и исчезновения, адаптивная радиация к гетерогенной окружающей среде, взрывы инноваций. То, что столь разнообразные знаковые системы различных уровней (см.), совершенно разные по своей физической природе - элементы биологических систем и произведения человеческого разума - столь сходны по системным факторам и способам эволюции, является ещё одним аргументом в пользу биосемиотического подхода.
Метасистемные транзиции (Turchin, 1977) - основная тенденция в эволюции знаковых систем: увеличение их сложности посредством формирования и развития новых иерархических уровней (см.).
Микосемиотика - раздел биосемиотики, изучающий знаковые процессы в биологии грибов (включая аналоги коммуникаций между грибами, о также между ними и другими организмами). Её следует отличать от семиотики вненаучных представлений о грибах - изучения знаковых ролей грибов в истории культур (например, их обожествления в доколумбовой Америке). Аналогичное уточнение касается любого термина, содержащего название биологического таксона и слово “семиотика” (См. зоосемиотика, фитосемиотика).
Микросемиозис - семиозис (см.) на тех структурных уровнях биосистем, которые изучает микросемиотика (см.).
Микросемиотика - раздел эндосемиотики (см), иногда выделяемый как самостоятельный и охватывающий знаковые системы и процессы биологических структурных уровней ниже клеточного; это выделение логически обусловлено тем, что у м. есть свои специфические объекты - молекулы, выступающие в биосистемах как знаки и рассматриваемые на этих микроуровнях (гормоны, рассматриваемые феромоны, токсины, нейропептиды, белковые мембранные рецепторы и т. п.); среди биологических молекул для биосемиотики наиболее интересны кодирующие биополимеры, или информационные макромолекулы (ДНК, РНК, белки): они необходимы для развития и эволюции любых организмов, и в нашем мире это - единственные объекты, во многом принципиально сходные с созданными и создаваемыми человеком текстами (см.) в узком, точном значении этого слова.
Микроэволюция - эволюция организмов на структурных уровнях ниже видового и в пределах того или иного вида. Объекты м. - особи с разными генотипами и их совокупности, образующие популяции, гены каждой из которых поступают в общий генофонд вида; его гены в ряду поколений могут вступать в новые комбинации в результате скрещиваний особей и подлежат (или не подлежат) воздействиям факторов м.: образованию мутаций, рекомбинациям, естественному отбору, статистическому дрейфу, миграциям (с потоками особей и генов, геологическими катаклизмами и т.п.), воздействиям уже сложившихся в эволюции систем избирательного скрещивания. М. - основа - возможно, не единственная - образования новых видов в результате дивергенции двух или более генофондов (в частности, при их взаимной изоляции). Анализ всех названных факторов м. и их разнообразных взаимодействий в реальных биологических ситуациях - предмет неодарвинизма, или синтетической теории эволюции (СТЭ), развивавшейся на базе эволюционной концепции Ч.Дарвина и к середине 1960-х гг. вобравшей в себя фундаментальные достижения генетики и экологии популяций, кариосистематики (систематики на основе сравнений наборов хромосом) и анализа эволюционных историй видов в различных группах организмов. На уровнях внутривидовых генеалогий, в рамках популяций и видов, концепции и модели этой теории нередко весьма продуктивны. Однако её явно недостаточно для того, чтобы объяснять, а тем более делать ретро-прогнозы - выводить уже известные этапы как якобы неизвестные, на основе знаний о предыдущих этапах - почти все конкретные, имевшие место, кардинальные направления и процессы макроэволюции (см.) на любом из уровней - от историй генов и генетико-биохимических систем до сравнительной морфологии и экологии организмов различных систематических групп и анализа различных биоценозов прошлого и настоящего. Сейчас биологи стремятся создать новые - более общие, фундаментальные и прогностические - концепции биологической эволюции, которые включали бы в себя и достижения СТЭ. Полагаем, что здесь необходимы биосемиотические концепции (возможно, не только они).
Мимикрия - явление, в котором участвуют особи, относящиеся к двум или трём разным видам, нередко весьма систематически далёким друг от друга. Некоторые черты облика, поведения, и/или другие особенности (например запах) первого из них (мимикрирующего - mimic) внешне сходны с чертами второго (модели), что приводит к ошибкам со стороны особей второго или же третьего вида (обманываемого - dupe). М. можно рассматривать как знаковый процесс (см. Знак, Семиозис), биологический смысл которого - неверная интерпретация обманываемыми знаков (свойств) представителей мимикрирующего вида в качестве признаков вида-модели. Ценность (см. Сематический вес) такой интерпретации для мимикрирующих - в любом случае положительна, для обманываемых - отрицательна (если они - жертвы) или равна нолю (при комменсализме - см. симбиоз), для моделей - по-видимому, равна нолю. В природе есть много разнообразных примеров м. - визуальной, акустической, ольфакторной (обонятельной). Вот лишь несколько соответствующих ярких примеров. Лесные муравьи принимают семена копытня (Asarum europeum) за свои коконы - охраняют, разносят и распространяют их. Тигры, охотясь во время гона оленей-изюбрей, подражают призывному рёву их самцов и подманивают их самцов и самок. Африканские пауки Cladomelia, охотясь, выделяют вещество, имитирующее запах самок определённых насекомых, и так приманивают их самцов - своих жертв. В каждом из этих примеров обманываемый и модель относятся к одному виду. Примеры с тремя видами: облики насекомых из отряда привиденьевых - палочников и листовидок - удивительно точно имитируют, соответственно, ветки и листья деревьев и кустарников, обманывая этим птиц и прочих животных, которые могли бы их съесть. Многие явления м. невозможно объяснить с позиций какой-либо из существующих концепций эволюции (см. микроэволюция, макроэволюция). В последние годы м. обнаружена в различных субклеточных и макромолекулярных биологических структурах и процессах (см. ‘Mimicry’ в Интернет). Это - перспективная область для эндосемиотики (см.) и микросемиотики (см.). В культуре тоже существуют аналоги м., которых здесь касаться мы не будем.
Омонимия - такая знаковая ситуация, при которых идентичные знаки (см.) как планы выражения имеют разные значения (см.) - в зависимости от их интерпретации в различных знаковых системах (см.).
Организм (биологический) - функциональная пространственно-временная целостность, которая живёт и состоит или - как минимум - из одной клетки, или же из совокупности взаимосвязанных и взаимодействующих клеток.
Память - (1) явление хранения сведений об иже происшедших событиях; (2) - любая система, используемая для этого. Слово “П.” в житейском смысле используют лишь в применении к разуму человека. Однако уже известны не только многочисленные феномены п. животных, но и присущая всем живым организмам генетическая память (см. генетический код, текст) и её носители - ДНК их геномов, а также не опирающиеся на геномные структуры и функции эколого-эволюционные формы памяти (см. эффект Балдуина), технические средства п. - разнообразные компьютерные системы (оперативная п., п. на различных электронных носителях). Феномены культуры (научные тексты и приборы, памятники архитектуры, литературы, музыки, живописи и др.) тоже можно рассматривать как формы п. человечества. Согласно взглядам Ч. Пирса и его последователей, сам факт хранения сведений о предшествующих событиях можно расматривать как семиозис (см.). Тогда изучение биологических форм п., её сходств с другими формами п. и отличий от них - это ещё одно направление биосемиотики.
Паразитизм - такой тип физических и семиотических взаимоотношений между организмами разных видов (обычно систематически далёких друг от друга), при котором одни из них, паразиты, - поселившись на телах других, называемых хозяевами (экзопаразиты, или эктопаразиты) или же внутри них (эндопаразиты), питаются их жизненно важными ресурсами и/или частями их живых тел. (Подробнее - см. в: Симбиоз; сравнить с Хищничеством).
План выражения - см. Знак.
План содержания - см. Знак.
Порог семиотический - очень редко встречающийся термин; гораздо чаще в англоязычной литературе по семиотике используется термин (semiotic) threshold (см. Threshold).
Постулат Крика, или центральная догма молекулярной биологии - постулат о направленности передачи в клетке информации посредством последовательностей символов; он утверждает, что такая (структурная) информация не может быть передана от белков на ДНК. Этот постулат относится только к молекулярно-биологическим явлениям и ни к каким другим видам знаковых процессов.
Ресурс - понятие, общее для биологии, экономики, ряда других наук и сфер практической деятельности. Для живых объектов - клеток, организмов, сообществ, - р. являются пространство, субстрат, пища, свет, тепло, наличие собратьев (в частности, половых партнёров), симбионтов (см. симбиоз) и другие различные компоненты среды - физические, химические и/или биологические. Конкретное сочетание р., необходимых для выживания и размножения того или иного живого объекта, связано с его конкретными биологическими особенностями. В биологических процессах любой р. выступает и в качестве простейшего знака (см.).
Референция - термин, к которому по смыслу наиболее близки:
денотат (из лингвистики), обозначаемое, способ соотнесения знака с референтом, а также ссылка в тексте, справка, отзыв, круг полномочий, соотношение, связь, соотнесение, эталон, стандарт. В биосемиотике это слово входит в состав двух специальных терминов - редкого в русских текстах термина автореференция (Self - r) и вообще не имеющего русского эквивалента Other- r. Подробнее - см.Reference:
Рефрейминг - термин, по смыслу близкий к русским словам “перекраивание”, “перестраивание”, “перекомпоновка”, “перерасчленение”, “реструктуризация”. В применении к биосистемам этот термин предложил автор (Sedov, 2000), заимствовав это слово из когнитивной психологии, в частности из НЛП, где оно относится к мысленным, когнитивным объектам; в отличие от этого, в применении к биосистемам имеются в виду производимые человеком физические перестановки разнообразных биологических структур, приводящие к изменениям знаковых процессов в них.
       - многоуровневый р. (см. Sedov, 2000) - совокупность событий, происходящих в биологических объектах на их различных структурных уровнях в результате инновационной деятельности человека. Примеры: на уровнях экзосемиотики (т.е. надорганизменных) - создание агроценозов из организмов, интродуцированных из различных регионов Земли; на уровнях эндосемиотики (внутриорганизменных надклеточных и надмолекулярных) - скрещивания отдалённых видов, создание клеточных (аллофенных) химер животных, трансплантации органов и тканей у животных и прививки у растений, соматическая гибридизация целых клеточных геномов, клеточно-эмбриональное клонирование; на уровнях микросемиотики (макромолекулярных) - генная и белковая инженерия, трансгеноз. Наиболее “вырожденный”, доступный логическому анализу вариант м.р. - это гетерологичные транспозиции (см.).
Подробно о том, какие семиотические последствия в работе биосистем могут и не могут вызывать р. и м.р. - см. Sedov, 2000; Sedov, 2002.
       Самореференция - см . Reference (Self-reference).
       Семантический вес, или валидность, значимость, полезность, ценность (usefulness, value, s. value, validity) признака, знака - подразумеваемая или вычисляемая величина вклада знака в знаковый процесс. (Примеры - см. Уровни функциональные.). С.в. - не собственное свойство того или иного значащего объекта, а характеристика отношений между ним и тем объектом, который получает, интерпретирует и использует его знаки. Поэтому с.в. одного и того же признака - понимаемого именно как интерпретируемый знак - может зависеть от того или иного его аспекта, контекста и/или уровня (см.) интерпретации знака. (Вот примеры. (1) С.в. анатомических деталей устройства сердца как признаков в систематике млекопитающих - мал, а как аспектов в их физиологии - велик. (2,3) С.в. любого из онкогенных белков или микробных токсинов положительны для развития самих патологий - для размножения раковых или инфицирующих клеток, и отрицательны для организмов их хозяев - жертв.). В некоторых работах по теории информации (см.) и семиотике (см.) предложены методы количественных оценок - вычислений - с.в., применимые к тем или иным теоретическим моделям (логическим, математическим, компьютерным); однако в конкретных биологических исследованиях они не работают - по крайней мере, по настоящее время. Возможно, в биологии задачи вычислений таких весов будут решены в будущем. В экономике количественными мерами с.в. являются цены. Однако и они не всегда отражают с.в. тех или иных знаков - например, интеллектуальных и духовных ценностей.
Семантическое замыкание, с. завершение (semantic closure) - синоним самореференции (см. Reference: Self - reference) в концепциях Г. Патти (Pattee, 1995). С.з. является критерием автономности и/или целостности систем.
Семиозис - то же, что знаковый процесс: генерация (создание), интерпретации и/или действия знаков. Часто используется как синоним понятия “коммуникация (-и)”, однако является более общим и фундаментальным понятием.
Семиосфера - термин, имеющий как минимум 3 варианта толкования:
(1) - глобальная (планетарная) сфера знаков и коммуникаций, сосуществующая и совпадающая с биосферой в пространстве и во времени, но не в конфигурации (поскольку термин означает совокупность конфигураций знаковых процессов и смыслов);
(2) - глобальная сфера знаков и коммуникаций лишь в культурологическом смысле (по Ю.М.Лотману);
(3) - космическая и космогоническая сфера знаков и, в частности, коммуникаций, включающая и биологическую (по J.Hoffmeyer).
Семиотика - междисциплинарная область, связанная с различными науками (естественными, гуманитарными и техническими) и изучающая знаки (см.) и знаковые системы (см.); совокупность концепций и приёмов, позволяющих анализировать разнообразные знаки (см.), значения, категоризации (см.), коммуникации (см.), которые могут иметь самую различную природу.
Семиотическая свобода - множественность вариантов, возможностей интерпретаций и выбора, которые подразумеваются в знаке (см.) благодаря категоризации (см.) и принадлежности его к знаковой системе (см.).
Семиотическая ниша организма - его Umwelt (см.), индивидуальная знаковая среда, определяемая теми семиотическими взаимодействиями, которые этот организм осуществлял и может осуществлять. Возможны 2 варианта понимания с.н.:
(1) имманентное - с.н. присуща самому организму; он сохраняет её “в себе”, и при переносе его в новую среду (природную и/или изменённую человеком) может использовать её в новом знаковом контексте;
(2) трансцендентное - с.н. организм формирует “в себе” каждый раз в зависимости от той или иной окружающей знаковой среды.
Семиотический - имеющий отношение к семиотике (см.). См. также ‘Semiosic’.
       Семиотический порог - см. Threshold.
Семиохимия - изучение сигнальных свойств различных химических элементов и их соединений (молекул). В русскоязычной биосемиотике приняты термины-синонимы хемосемиотика и хемиосемиотика. Прикладные аспекты с. связаны с пищевой и парфюмерной промышленностью.
Сигнификант - см. Знак.
Сигнификат - см. Знак.
Симбиоз - межвидовая взаимовыгодная кооперация между теми организмами и их популяциями, особенности образа жизни которых позволяют им давать друг другу те или иные жизненные преимущества. С., необходимый для обоих партнёров, называется мутуализмом. Эти отношения обоюдовыгодны, в отличие от комменсализма - отношений, выгодных для одного партнёра и безразличных для другого; поедания (в частности паразитизма (см.) и хищничества (см.)) - отношений, выгодных для одного партнёра и вредных для другого; конкуренции (см.) - отношений, изначально вредных для обоих партнёров. Нередко трудно провести логические границы между теми или иными разными парами этих отношений в природе. Поедание и конкуренция могут становиться из вредных жертвам полезными для них, но лишь как следствия - соответственно, в качестве фактора естественного отбора, улучшающего состав популяции поедаемых жертв и регулирующего их численность, и для выигравшего партнёра, который может использовать ресурсы (см.) проигравшего. С. и все прочие названные здесь взаимоотношения - это примеры метасистемных транзиций (см.): в результате их не похожие друг на друга системы (особи участвующих в них видов и эти виды в целом) взаимодействуют на новых, более высоких уровнях (см.), образуя семантические замыкания (см.). В них каждый партнёр имеет по две и более системы интерпретации знаков: своих собственных (включая генетические), и чужих - поступающих от одного или более партнёров.
 Символ - знак, соотносящийся со своим объектом посредством регулярно воспроизводимого соответствия (механизма в широком смысле, правила или закона) и/или конвенции (явного или неявного соглашения). С. может иметь иконические (см. Icon) и/или индексные (см. Индекс) аспекты. Понятие “С.” охватывает разные виды знаков:
(1). полностью лишённые иконичности (см. Icon) - например, с. в
       математических формулах;
(2). обладающие высокой степенью иконичности, богатой коннотациями
       - например, солнце как с. радости;
(3). допускающие неопределённо большое количество интерпретаций и
       несущие в себе неограниченный смысл - например, очаг как с.
       дома, семьи, рода, огня, культуры и т.п.);
(4). объединение трактовок (2) и (3).
       Синонимия - такая знаковая ситуация, при которой разные знаки (см.) в одной и той же знаковой системе (см.) имеют одно и то же значение (см.). (Биологические примеры - см. выше, в разделе “Становление биосемиотики как таковой”.
Степени (уровни) субъект(ив)ности (degrees of subjectivity) - если субъект(ив)ность появляется в процессе эволюции, то можно предполагать, что она присуща различным объектам в более или менее развитых формах - во всём диапазоне явлений от agency (см.) и целенаправленности, или интенсиональности (intentionality) до самоинформированности (self-awareness) и сознания.
Субъект (subject) - термин, имеющие различные применения: философское, лингвистическое, логическое, психологическое, юридическое. В типичном смысле с. приписывают наличие agency (см.), целенаправленности, или интенсиональности (intentionality), самоинформированности, т.е. представления о себе самом (self-awareness) и сознания. Однако в природе существуют системы разных уровней сложности, многие из которых проявляют лишь некоторые из этих свойств (см. Степени (уровни) субъект(ив)ности).
Текст - понятие, имеющее несколько интерпретаций:
(1) знак или совокупность знаков (в человеческих языках - предложений, слов), построенная согласно правилам данной знаковой системы (например, данного языка) и способная выступать в качестве сообщения. В таком широком смысле существует более 100 определений т; так называют самый широкий круг объектов - следы деятельности животных, живописные полотна и прочие памятники культуры и т.п..
(2) предлагаемое автором толкование - соответствующее толкованию (1), но применимое для более узкого класса объектов: т. - это кодирующая (см. Код) специфические смысл и/или сообщение и построенная согласно правилам данной знаковой системы неразветвлённая нерегулярная последовательность знаков с дискретными телами, причём набор этих знаков (алфавит в широком смысле) конечен и взят из большего количества элементов в качестве элементарных символов (см.) - фонетических, изобразительных, молекулярных и т.п.. Это определение охватывает не только все формы письменности (алфавитные, иероглифические, узелковое письмо “кипу” древних инков, компьютерные программы и др.), но и генетические тексты и кодируемые ими белковые молекулы. В профессиональной генетической литературе словосочетание “генетический текст”, как правило, употребляется без кавычек - именно потому, что природные ДНК, т.е. генетические программы, а также закодированные в них разнообразные РНК и белки - это именно созданные эволюцией т. в смысле (2) (см. генетический код). Т. присущи сложным знаковым (информационным) системам - как всем живым организмам, так и всем развитым человеческим культурам и представляющим им индивидам - либо потому, что в принципе т. как цепочка символов - это оптимальный способ хранения и передачи информации (см.), с необходимостью возникающий в природе, либо потому, что все такие т. являются производными эволюционно первичных молекулярно-биологических т. Все эти системы выявляют и используют смыслы т. тремя способами: либо они считывают их в строго заданном направлении (например, в европейских т. - слева направо, в семитских - справа налево, в китайских иероглифических - часто сверху вниз; в ДНК - всегда от 5’- к 3’- концам участков молекулы, в белках - от С- к N-концам), либо интерпретируют “аккордом” - сразу (это - моментальное понимание слова тренированным чтецом, работа регуляторных участков в ДНК и т.п., либо - изредка и на небольших отрезках т. - из специфических точек в обоих направлениях (это палиндромы: в литературе их сочиняют специально, в ДНК - таковы сайты рестрикции и немногие регуляторные сигналы-“шпильки”, в белках - участки активных центров ферментов, области связывания антител и т.п.. (См. современные учебники по молекулярной биологии)). В нашем мире т. в смысле (2) являются лишь названные информационные биологические молекулы да человеческие языки (как естественные, так и языки программирования). Наличие общих принципов организации и интерпретации таких знаковых систем (см.), не зависящих от того, из каких субстратов состоят их тела, - ещё один аргумент в пользу необходимости развития биосемиотики.
Уровни (биосистем) - вещественно существующие или логически выделяемые подсистемы, наличие и эволюция которых является фундаментальной особенностью сложных знаковых систем, включая все живые организмы.
- структурные у. - вещественные структуры систем, логически представимые как иерархии. Примеры: биосфера состоит из биомов, биомы - из биоценозов, биоценозы - из более простых экосистем, экосистемы - из популяций, популяции - из особей (организмов), организмы -из систем органов, эти системы - из органов, органы - из тканей, ткани - из клеток, клетки - из органелл, органеллы - из мембран и/или ансамблей малых молекул и макромолекул. Аналогично - город состоит из районов, район - из кварталов, кварталы - из улиц и домов, дома - из этажей и подъездов, этажи и подъезды - из квартир, квартиры и подъезды - из комнат. Вот ещё две группы примеров, относящихся к линейным кодирующим структурам. Письменные тексты (см.) большинства современных языков состоят из (глав, состоящих из) абзацев, абзацы - из фраз, фразы - из более простых синтаксических структур, те - из слов, слова - из частей слова и из букв. С этой иерархией сходна иерархия уровней физической организации геномов: геном, хромосомы, их сегменты, хромомеры, опероны и генные блоки, гены и другие типы смысловых последовательностей в ДНК (см. генетический код), их функциональные области, “буквы” генетических текстов (см. генетический код, текст) - нуклеотиды. Генетик Р.Л.Берг выделила 6 структурных уровней биосистем (Берг, 1993); развивая её концепцию, можно выделить 8 таких уровней; на 4 “нижних”, суборганизменных - генонемном, хромосомном, клеточном и организменном - биосистемы воспроизводят себя посредством аппарата наследственности, а на 4 “верхних”, надорганизменных - популяционном, экосистемном, биоценотическом и биосферном - могут меняться пространственные формы и субстратные компоненты систем, но целостность их сохраняется. Это отличие суборганизменных уровней от надорганизменных - один из аспектов, разделяющих экзосемиотику (см.) и эндосемиотику (см.).
       - функциональные у. - этапы и звенья тех событий, которые имеют иерархическую организацию и происходят с живыми организмами и внутри них. Вот несколько примеров: (а) у. регуляции проявления какого-либо гена - транскрипция мРНК, её созревание, транспорт к рибосомам, биосинтез белка, изменения его структуры, этапы его работы в клетке и организме; (б) этапы биосинтеза какого-либо вещества в клетке и организме; (в) последовательный генный контроль стадий онтогенеза, например - работа генов, определяющих сегментацию тел животных и формирование сегментов; (г) у. нейроэндокринного контроля многих процессов в организме; (д) система трофических уровней, т. е. звеньев цепей питания, в какой-либо экосистеме. Схема системы, изображающая сети и иерархии её ф.у., во многом может не совпадать со схемой структурных уровней, т.е. со схемой физической организации систем. Например, гены, сходные по физическим длинам (элементы одного структурного уровня), в контексте жизнедеятельности клетки и/или многоклеточного организма могут иметь разные ценности, или семантические веса (см.). Так, если все события в развитии организма изобразить в виде древа - событий делений и дифференцировок клеток, роста и морфогенеза - то одни гены работают ближе к его “корню” (например, у многоклеточных животных, в частности у млекопитающих - гены формирования общего строения нервной системы), а другие - ближе к его “вершинам” (например, гены окраски волос); ясно, что работа первых гораздо ценнее для судьбы организма, чем работа вторых. Велики семантические веса тех молекул, которые занимают ключевые места в сети реакций обмена веществ (метаболизма). (Пример - влияние этанола на метаболизм катехоламинов и потому на работу мозга, ведущее к нарушениям высших психических функций.). Устойчивый термин для таких ситуаций - именно “семантические веса”, а не “функциональные” и не “прагматические”: этим подчёркивается зависимость веса элемента от конкретного контекста системы, в котором он работает - семантическая, т.е. смысловая. Элементы, малые по сравнению с использующей их системой, но имеющие большой семантический вес, могут быть интерпретированы как знаки (см.).
       - классификационные у. - уровни, или степени, структурно-функциональных сходств объектов. В отличие от структурных и функциональных у., к.у. являются не вещественными объектами и процессами, а логическими конструктами; в рамках представлений рациональной науки они служат для отображений тех систем событий, которые приводили к дивергенциям и формированиям новых систематических групп. В биологии к.у., или уровни таксономической иерархии - это таксоны различных уровней, или рангов: царства, отделы (в ботанике) и типы (в зоологии), классы, порядки (в ботанике) и отряды (в зоологии), семейства, роды, виды. Как концепты, к. у. - это объекты биологической систематики и семиотики биологии; как множества организмов, обладающие различными общегрупповыми морфофизиологическими, экологическими и эволюционными “стратегиями” - объекты палеобиологии, систематики современных организмов и биосемиотики. (Например, - покинуть водную среду в палеозое смогли группы разных к.у.: сосудистые растения (ранг - выше типа), членистоногие (тип) и земноводные (класс). Это можно рассматривать как формирование новых Unwelten (см.) в масштабах этих таксонов.). В биологии - в систематике тех или иных эволюционных групп организмов - исследуют конкретные таксоны и в них выделяют к.у.. Подобно этому, в сравнительной лингвистике классифицируют языки, исследуя происхождение и связи языковых семейств в истории человечества, его этнических групп и народов.
у. (сложности) организации - понятие, в котором сочетаются представления об уровнях всех трёх названных выше типов, т.к. оно обозначает этапы осуществления тех или иных магистральных эволюционных тенденций. Примеры: у. (с.) о. геномов эукариот выше, чем геномов прокариот; у. (с.) о. млекопитающих - выше, чем амфибий и рептилий; несекомых - выше, чем многощетинковых червей (полихет); семенных растений - выше, чем споровых растений, и т.п..
Умвельт - см. Unwelt.
       Фены - элементарные признаки организма, определяемые генами. Наряду с ф., каждый из которых определяется работой одного своего гена (моногенные ф.), имеются как полигенные ф. (каждый из них - результат взаимодействия нескольких или многих генов), так и гены с множественными (плейотропными) проявлениями (от работы каждого из них зависит своё множество ф. - нередко связанных с совершенно различными структурами и функциями организма). В целом - на множестве генов определяется множество признаков. Реализацию генов в ф. можно рассматривать биосемиотически - как различные ситуации их интерпретаций как знаков (см.) - семиозиса (см.): в моногенном ф. его ген интерпретируется более или менее однозначно (с поправкой на различные степени пенетрантности и экспрессивности - частоты и степени выраженности признака), определяющие полигенный ф. взаимодействующие гены - не аддитивно (сочетанно, эмержентно), плейотропный ген - многоаспектно во многие ф.. При изучении эволюции сами ф. можно рассматривать как интерпретируемые знаки (см.). (См.: микроэволюция, макроэволюция.).
Фитосемиотика - семиотика растений: раздел биосемиотики, изучающий знаковые системы в жизни растений. Комментировать этот термин можно примерно так же, как термин микосемиотика (см.).
Функция - свойство системы (в частности, организма) играть определённую роль в отношении других частей этой же системы, относительно детерминированное в контекстах взаимоотношений “часть-целое”,а значит, имеющая значение для целого.
Функциональный цикл (в биосемиотике) - циклический процесс распознаваний и действий, происходящий между внутренними и внешними структурами организма; в таком понимании этот термин (Funktionskreis) предложил J. von Uexkull.
Хемиосемиотика, хемосемиотика - то же, что Семиохимия (см.).
Хищничество - такие физические и семиотические взаимоотношения между разными видами животных и микроорганизмов, при котором представители одного из них (хищники) быстро поедают представителей другого (жертв) - убивая их или же живьём. (Подробнее - см. также в: Симбиоз).
Ценность - см. Семантический вес.
Цитосемиотика - семиотика процессов, происходящих в клетке.
Эволюция - происходящие в последовательном ряду поколений организмов необратимые изменения на тех или иных структурных и функциональных уровнях (см.) биосистем - макромолекул, клеток, организмов, популяций и/или экосистем (см.). Выделяют микроэволюцию (см.) и макроэволюцию (см.).
Экзопаразитизм - то же, что эктопаразитизм. См. Паразитизм и Симбиоз.
Экзосемиотика - раздел биосемиотики, изучающий надорганизменные (включая межорганизменные) знаковые системы и процессы.
Экзосимбиоз, или эктосимбиоз - те случаи симбиоза (см.), когда организмы-симбионты тесно связаны физически и семиотически, не проникая один в другого. Классический пример - актинии на панцирях крабов и на раковинах, заселённых раками-отшельниками.
Экосемиотика. Этот термин имеет несколько интерпретаций:
       (1) - раздел биосемиотики, изучающий знаковые процессы в
объектах, изучаемых экологией: биосфере, биомах, биоценозах, природных и лабораторных экосистемах;
(2) - раздел семиотики биологии, изучающий знаковые представления экологических систем в феноменах культуры, в частности, сюда относится этноэкосемиотика (см.);
       (3) - сочетание (1) и (2): область науки, исследующая отношения между экологическими процессами и представлениями в природе и в культуре.
Экосистема - частично отграниченная пространственно-временная целостность всех находящихся в ней организмов, структурированная совокупностью её внутренних и внешних связей (в частности пищевых, или трофических). Последовательности этих связей рассматривают как цепи и сети, звенья и узлы которых - организмы разных видов, образующие различные экологические и таксономические группы. Последовательно проходя по разным трофическим звеньям и уровням э. (см. Уровни функциональные), биомасса синтезируется (автоторфными бактериями и всеми растениями посредством фото- и хемосинтеза), усваивается (гетеротрофными бактериями, а также животными и грибами) или разлагается (сапротрофными бактериями и грибами). При этом энергия запасается или выделяется; в рамках этих процессов осуществляется биотический круговорот - совокупность природных циклов перемещений и взаимодействий многих химических элементов. Однако взаимосвязанность организмов, составляющих э., обусловлена процессами не только вещественными (в частности, названными пищевыми взаимодействиями), но и знаково-смысловыми, семиотическими (в частности, коммуникациями - биохимическими, биофизическими, поведенческими); вещественные связи между организмами в э. можно также рассматривать и в семиотических аспектах.
Эктопаразитизм - то же, что экзопаразитизм. См. Паразитизм и Симбиоз.
Эндосемиозис - цепи и/или последствия формирования, передачи и интерпретаций знаков внутри организма.
 Эндосемиотика - область биосемиотики, изучающая внутриорганизменные знаковые системы и процессы.
Эндосемиотические коды - внутриорганизменные коды (см.), - например, генетические (см.), метаболические, иммунные, нейральные.
Эндосимбиоз - те частные случаи симбиоза (см.), при которых один из организмов-симбионтов живёт внутри другого. Роль э. велика: так, генетические, биохимические и цитологические исследования показали, что клетки эукариот сформировались в результате э.: в цитоплазму клеток древних архебактерий, геномы которых позже стали основой ядерных геномов клеток эукариот, вселились пурпурные несерные бактерии - предки митохондрий (органелл, присущих клеткам подавляющего большинства эукариот), а в цитоплазму некоторых из них - ещё и фотосинтезирующие цианобактерии - предки пластид (присущих лишь клеткам растений); четвёртым симбионтом считают предков жгутиков и ресничек - бактерий, подобных спирохетам. Это доказывают, в частности, тем, одни что одни гены, характерные для представителей соответствующих названных групп эндосимбионтов, находятся в геномах современных митохондрий и пластид и в ДНК у оснований жгутиков, а другие - в геномах ядер клеток. Известно множество других примеров целостных организмов, сформировавшихся посредством э. (см. Маргелис, 1983).
Этноэкосемиотика - раздел семиотики, изучающий специфические черты знаковых взаимодействий между различными народами и этническими группами с окружающими их экосистемами (см.). Э. имеет как различные экологические, так и исторические, географические и этнопсихологические аспекты.
Эффект Болдуина (Baldwin effect, Baldwin-effect, Baldwin’s effect), или генетическая ассимиляция - происходящее в результате отбора замещение приобретённого ненаследуемого (модификационного) признака аналогичным параллельно встречающимся наследуемым признаком, возникающим в результате одной или нескольких соответствующих мутаций и/или притока соответствующих генов и их последующей фиксации в геномах популяции в результате селективного размножения и рекомбинаций. При этом фенотипическая пластичность позволяет популяции пережить неблагоприятные изменения условий среды; выживают лишь особи, способные к спасительному модификационному изменению, а такой отбор создаёт благоприятный фон для приобретения, селективного размножения и фиксации аналогичного генетического признака. Поэтому в целом Э.Б. в популяции выглядит как наследование одного или нескольких приобретённых адаптивных признаков (в частности, как “наследуемое научение” популяции), по сути таковым не являясь. Э.Б. в некоторой степени может влиять на биологическую эволюцию, изменяя её направления адекватно изменениям условий среды.
Язык - такая знаковая система, в которой из знаков (см.) могут формироваться сообщения (такие, как тексты (см.), высказывания, предложения, координированные коммуникационные акты, в частности разговорные). Этому определению соответствуют и известные теперь принципы устройства и работы генетических программ, однако традиционно их ни языками, ни языком не называют. (Возможно, это - лишь временная ситуация).

Agency (представительство, посредничество, сила, фактор, средство, действие, деятельность) - способность (организма) действовать в целях осуществления потребностей; может быть охарактеризовано как “стабильное объединение self-reference (см.) и other-reference (см.)”. Русскоязычным эквивалентом может быть термин агентивность, однако случаи его употребления нам не известны.
Baldwin’s effect - см. Эффект Болдуина.
Degrees of subjectivity - см. Уровни (степени) субъект(ив)ности.
Dupe - см. Мимикрия.
Habit (привычка, повадка, склонность) - такая особенность в действиях той или иной живой системы, которая приобретена именно данной системой и имеет тенденции к повторению и воспроизведению. Во многих работах по биосемиотике этот термин применяют не только к особям, но и к объектам других структурных уровней (см.) - от макромолекул и клеток до биоценозов и биосферы. Этот термин не сходен по смыслу с русскоязычным “габитус”, т.к. последний означает “внешний облик”.
Icon - знак, соотносящийся со своим объектом благодаря общему уподобляющему сходству; используется как составная часть прилагательного, в том числе и в современном русском языке, для разных типов знаков (например, - “иконические (см.), т.е. визуальные, аспекты”).
Index - см. Индекс.
Inner outside - представление (репрезентация) конкретных особенностей окружающей среды внутри организма, осуществляемое посредством различных его подсистем (химической и нервной перцепцией, иммунной системой, генетическими системами репрезентации и т.п.; см. также ‘Оuter inside‘.
Inside/outside - разделение и различение, становящееся возможным благодаря замкнутой разделяющей границе (например, мембране клеточного ядра, мембране клетки, покровам тела и т.п.).
Intentionality - интенсиональность, т.е. целенаправленность, целеполагание (см. Субъект).
Interpreter (sign -i.), interpretant - см. Знак.
Mimic - см. Мимикрия.
Outer inside - семиотическая ниша, информационно задаваемая, искомая и изменяемая внутренними потребностями организма, принадлежащего к ней.
Reference (референция) - наиболее близкие смыслы: денотат (из лингвистики), обозначаемое, способ соотнесения знака с референтом (а также - чтобы облегчить общее понимание значений этого термина, приведём здесь не только его семиотические смыслы - ссылка в тексте, справка, отзыв, круг полномочий, соотношение, связь, соотнесение, эталон, стандарт). Этот термин входит в состав двух терминов биосемиотики, означающих свойства живого, необходимые для стабильной жизнедеятельности:
       - Other-reference - различные репрезентации umwelt (см.) внутри живого организма (ср. с Self-reference).
       - Self-reference - самоописание, самосоотнесение, самоуказание, самоотсылка (ср. с Other-reference). Пример из биологии - любые организмы: их геномы содержат описания (“программы”) функционирования, развития и размножения этих организмов и их клеток.
       Representamen - то же, что Sign vehicle (см. Знак).
Scaffolding (близкие по смыслу русские слова - “сцена”, “подмостки”, “каркас”) - совокупность структур и/или процессов, которая служит субстратной и/или функциональной опорой для другой совокупности структур, процессов, явлений, давая нужное ей пространство и/или обусловливая её стабильность и функционирование. Можно считать, что s. являются: геном как совокупность генов - в отношении наследственности, мембраны - в отношении многих автокаталитических циклов метаболизма (обмена веществ в организме), языки людей - в отношении их мышления, создаваемые людьми письменные тексты - в отношении их устной речи.
Self-awareness - самоинформированность, или представление о себе самом (см. Субъект, Reference: Self-r.).
Semiosic - связанное с семиозисом (см.) и поэтому близкое по смыслу к ‘semiotic’.
Semiotic closure (Семантическое замыкание - см.) - синоним self-reference (см. Reference: Self - r.).
Sign interpretant - см. Знак.
Sign interpreter - см. Знак.
Sign vehicle - см. Знак.
Subject - см. Субъект.
Swarm (масса, рой, стая, туча) - большая группа организмов, или сообщество клеток в организме, или любая иная совокупность живых объектов, связанных посредством коммуникаций (например, нейронная сеть или какая-либо из её функциональных подсетей в теле или в головном мозге). Таким образом, это понятие охватывает живые сообщества различных структурных уровней (см. уровни структурные) - от колоний микроорганизмов или клеток в многоклеточных организмах до социальных групп животных в природных биоценозах, вивариях, зоопарках, лабораториях.
Threshold, semiotic th. (семиотический порог) - граница между семиотической и не семиотической областями. В рамках семиотики можно выявить и другие пороги (thresholds) - в частности, между совокупностями знаков и знаковых систем разных типов организации (например, - пороги между системами не буквенных и буквенных знаков). Для молекулярной биологии и генетики так можно интерпретировать переход между множеством азотистых гетероциклических соединений (включающих также все пурины и пиримидины), и совокупностью тех из них (аденина, тимина, урацила, гуанина, цитозина и нескольких минорных нуклеотидов, встречающихся редко - например, метилцитозина), из которых построен любой генетический код (см.) в ДНК и РНК всех известных организмов и вирусов.
Umwelt (множ.: Umwelten) (нем.) -
(1) в широком смысле - окружающая среда;
(2) в биосемиотике - совокупность индивидуальных интерпретаций окружающей среды живым организмом, служащая ему его собственным миром. Этот толкование и соответствующую концепцию предложил создатель основ биосемиотики - Якоб фон Икскюль (J. von Uexkull - см. выше).
Validity (semiotic v.) - то же, что и value.
Value (semiotic v.) - Семантический вес (см.).

ОСНОВНАЯ ЛИТЕРАТУРА ПО БИОСЕМИОТИКЕ.

1. Интернет-сайты.

Biosemiotica slavica.
http://biospace.nw.ru/biosemiotika/biosemiotics.html
Единственный русскоязычный Интернет-сайт, посвящённый биосемиотике. Задача сайта - собирать и систематизировать те работы по биосемиотике, которые написаны на славянских языках (использующих кириллические и латинский алфавиты) и на неславянских языках, использующих кириллицу. Сайт создал и развивает С.В.Чебанов - доктор филологических наук, санкт-петербургский биолог и филолог, занимающийся исследованиями и организационной работой по биосемиотике около 30 лет. На сайте есть: краткое определение биосемиотики; хронология важнейших конференций и конгрессов по ней начиная с 1978 г. (заимствованная с сайта ‘Biosemiotics’, создаваемого в Тарту - см. ниже); интересный обзор истории тех специфических когнитивных традиций как биологии, так и семиотики в России, которые делают специфическим и своеобразным и развитие отечественной биосемиотики; гиперссылки на важнейшие сайты мира по биосемиотике, названные ниже; персоналии и работы российских биосемиотиков.

Biosemiotics.
http://www.gypsymoth.ento.vt.edu/~sharov/biosem/
 Крупнейший в мире сайт по биосемиотике, создаваемый совместными усилиями специалистов многих стран. Cайт формирует уроженец России, живущий и работающий в США, биоматематик и биосемиотик А.А.Шаров. Сайте содержит несколько разделов. В разделе “What is Biosemiotics?” - определение биосемиотики, её краткий исторический обзор, анализ нескольких важнейших актуальных концепций, краткий список литературы. На сайте имеются следующие материалы (данные весны 2003 г.). В разделе “Topics in Biosemiotics” - гиперссылки, содержащие 3 Веб-сайта (см. в данном списке), свыше 40 опубликованных статей авторов из различных стран, материалы 4 международных конференций, список из 19 международных организаций включая издательство, 4 обзора, 7 журналов, 4 библиографических списка по темам, массивы по близким областям (в скобках - количество входов): общей биосемиотике (11), моделированию жизни (8), теоретической биологии (14), математической биологии (3), виртуальной реальности (2), экономическим играм (3), общей теории систем (9), философии (14), этике (2). В разделе “Electronic papers - 27 статей. Больше всего публикаций - в корневом разделе “People”: список биосемиотиков из разных стран - около 70 фамилий биосемиотиков, из них 30 - это гиперссылки, содержащие их персоналии и массивы их статей (включая персоналии и 6 работ автора).

Biosemiotics, Ecoseniotics.
http://www.zbi.ee/~uexkull/
Сайт, создаваемый в Эстонии, в Центре Я. фон Икскюля Эстонской Академии Наук - одном из мировых центров развития семиотики, в сотрудничестве с Тартусским Университетом. Автор и создатель - биолог К.Кулль (K.Kull), профессионально занимающийся биосемиотикой около 30 лет. Сайт содержит два раздела.
 ‘Biosemiotics’ - биосемиотика в целом :
       http://www.zbi.ee/~uexkull/biosem.htm
 Этот раздел содержит: данные 6 авторами определения и описания биосемиотики (см. выше в переводе автора), подробные тексты о биосемиотике, разнообразные гиперссылки и тексты работ и большую библиографию (в основном приведенную в конце данного текста).
‘Ecosemiotics’ - раздел об экосемиотике:
http://www.zbi.ee/~uexkull/ecosemiotics.htm
       Этот раздел содержит определение экосемиотики и библиографические ссылки, некоторые из которых являются гипертекстовыми входами в сами статьи.

Сайт датского сообщества биосемиотиков
http://www.molbio.ku.dk/MolBioPages/abk/PersonalPages/Jesper/ ->
Hoffmeyer.html

Сайт по зоосемиотике
http://www.zoosemiotics.helsinki.fi
Сайт создают финские зоосемиотики, сотрудничая с исследователями из других стран. Сайт содержит определение зоосемиотики, методологические постановки проблем и в виде гипертекстов - около 30 статей, написанных авторами из разных стран.

Cайт Интернет-журнала “Semiotics, Energy, Evolution, and Development” (SEED). (Издатели: Peter Herries-Jones, E.Taborsky (Canada))
http://www.library.utoronto.ca/see/pages/SEED_Journal.html
       Содержит номера этого журнала со статьями, среди которых много статей о семиотике биологических систем в их развитии и эволюции.


2. Книги, статьи в периодических изданиях и прочие публикации
       “на бумажных носителях”.
       
       2.2. КНИГИ.

       2.2.1. Книги на русском языке об общих концепциях семиотики
       - поэтому имеющие отношение и к биосемиотике.

Ветров А.А. Семиотика и её основные проблемы. Москва,
       Политиздат, 1968. (Первая книга о семиотике в целом, вышедшая
       на русском языке.).
Локк Д. Опыт о человеческом разуме. 1690. / Д.Локк. Избранные философские произведения. 1960. Москва, Соцэкгиз. Т.1. С. 695. (Впервые сформулирована идея о необходимости создать семиотику как научную дисциплину.).
Степанов Ю.С. Семиотика. Москва, “Наука”, 1971.
Семиотика. Москва, Изд-во “Радуга”. 1983. (Сост. и ред. Ю.С.Степанов.). (Сборник переведенных и оригинальных статей по семиотике языка и культуры.).

       2.2.2. Зарубежные книги по биосемиотике.

Barbieri M. 2001. The Organic Codes: The Birth of Semantic Biology.
       /Ancona. Pequod.
       Bateson G. 1972. Steps to an Ecology of Mind. New York: Ballantine.
       Crowe N. 1997 (orig.1995). Nature and the Idea of a Man-Made World:
       An Investigation into the Evolutionary Roots of Form and Order in the
       Built Environment. / Cambridge (Mass., USA): The MIT Press.
Deacon T. 1997. The Symbolic Species. /London: Penguin.
Emergence, Complexity, Hierarchy, Organization. 1998. Farre G.L., Oksala J. (eds.). Finland: Espoo. (Сборник статей).
Emmeche C., Kull K., Stjernfelt F. 2002. Reading Hoffmeyer, rethinking
       biology. / Tartu: Tartu University Press.
Hoffmeyer J. 1996. Signs of Meaning in the Universe. /Bloomington:
       Indiana University Press.
Larsen S.E., Grgas S. (eds.). 1994. The Construction of Nature: A
       Discursive Strategy in modern European Thought.
       / Odense: Odense University Press.
Markos A. 2002. Readers of the Book of Life: Contextualizing
       Developmental Evolutionary Biology. /Oxford: Oxford University Press.
Pollack R. 1994. Signs of Life: the Language and Meaning of DNA.
       /London: Viking.
Sebeok T.A., Umiker-Sebeok J. (eds.). 1992. Biosemiotics: The Semiotic
       Web 1991. /Berlin, New York: Mouton de Gruyter.
       Simmons I.G. 1993. Interpreting nature: Cultural Constructions of the
       Environment. /London: Routletge.
Taborsky E. (ed.). 1999. Semiosis, Evolution, Energy: Towards a
       Reconceptualization of the Sign. /Aachen: Shaker Verlag.
       Turchin V.F. 1997. The phenomenon of science. / New York: Columbia
       University Press.
       Uexkull, J. von. 1909. Umwelt und Innenwelt der Tiere. /Berlin: Springer.
Vijver G. Van de, Salthe S.N., Delpos M. (eds.) 1998. Evolutionary
       Systems: Biological and Epistemological Perspectives on Selection and
       Self-Organization./ Dordrecht: Kluwer.

       2.3. СПЕЦИАЛЬНЫЕ ВЫПУСКИ ЖУРНАЛОВ,
       СОСТОЯЩИЕ ИЗ РАБОТ ПО БИОСЕМИОТИКЕ.

Annals of the New York Academy of Sciences 901, 1-349.
       Chandler J.L.R., Vijver G., van de (eds.) 2000. Closure: Emergent
       Organizations and Their Dynamics.
Cybernetics and Human Knowing 5 (1), 3-42. 1998. Life: Natural
       Selection, Self-Organization, and Semiosis.
Cybernetics and Human Knowing 7 (1). 2000. The Embodied Mind and
       the Baldwin Effect.
European Journal for Semiotic Studies 9 (2), 248-376.
       Laubichler M.D. (ed.). 1997.
Semiotica 42 (1), 1-87. Uexkull T. (ed.). 1982. Jakob von Uexkull’s ‘Theory of Meaning’.
Semiotica 89 (4), 277-391. Uexkull T. (ed.). 1992. Jakob von Uexkull’s
       ‘A Stroll through the Worlds of animals and Men.’.
Semiotica 120 (3/4), 231-482. 1998. Semiotics in the Biosphere: Reviews and Rejoinder.
Semiotica 127 (1/4), 1-655. Sebeok T.A., Hoffmeyer J., Emmeche C.
       (eds.) 1999. Biosemiotica.
Semiotica 134 (1/4), 1-828. Kull K. (ed.). 2001. Jakob von Uexkull: A Paradigm for Biology and Semiotics.
Sign Systems Studies 27, 128-147. 1999. (Две статьи по биосемиотике).
Sign Systems Studies 28, 326-420, 2000. (Пять статей по биосемиотике).
Sign Systems Studies 29 (1), 1-376. Noth W., Kull K. (eds.) 2001.
(Специальный том, посвящённый семиотике природы).
Sign Systems Studies 30 (1), 1-386. Emmeche C., Hoffmeyer J., Kull K.
(eds.) 2001. (Специальный том по биосемиотике. На сайте http://www.ut.ee/SOSE/sss30.1.htm имеется его оглавление, некоторые из статей - полностью в виде гиперссылок.).
Studium Generale 3 (2/3), 61-135. 1950.
(О концепции ‘Umwelt’ Я. фон Икскюля).
Zeitschrift fur Semiotik 8 (3). 1986. Zeichenverhalten der Tiere.
Zeitschrift fur Semiotik 12 (4). 1990. Kultur und Evolution.
Zeitschrift fur Semiotik 15 (1/2). 1993. Kommunikation zwischen Mensch und Tier.
Zeitschrift fur Semiotik 18 (1). 1996. Natur, Umwelt, Zeichen.
       
2.4. СТАТЬИ В ЖУРНАЛАХ И ТЕМАТИЧЕСКИХ СБОРНИКАХ.
       (Текстов многих из них на названных выше Веб-сайтах нет.).

Левич А.П. 1983. Семиотические структуры в экологии, или существует ли
       экологический код? /В: “Человек и Биосфера”. Вып.8. 68-77. Москва,
       Изд- во МГУ.
Седов А.Е. 1998. Культурологическая интерпретация биологии: “жизнь как тексты” и “жизнь как формы”. //Полигнозис. 1998. №3. С. 116-129.
Седов А.Е. 2000. Биоинформатика и биосемиотика: исторический путь от теории к практике. / Материалы годичной научной конференции ИИЕТ РАН 2000 г.. 307-310.
Седов А.Е. 2000. Метафоры в генетике. // Вестник Российской Академии наук. Т. 70, №6. 526-534.
Седов А.Е. 2001. Иерархические концепции и междисциплинарные связи генетики, запечатлённые в её метафорах: количественный и структурный анализ терминов и высказываний. // Науковедение. 2001., №1. 135-154. (Это - более полный и информативный вариант работы “Метафоры в генетике”.).
Чебанов С.В. Мир как сеть энлогов: от коммуникации к общению. Проблемы общения в пространстве тотальной коммуникации. Международные чтения по теории, истории и философии культуры. Вып.6. Санкт-Петербург, “Эйдос”, 1998. 397-402.
Чебанов С.В. Рецензия на книгу Джеспера Хоффмейера (Jesper Hoffmeyer.
       "Signs of Meaning in the Universe", translated by B.J. Haveland. Bloomington & Indianapolis: Indiana University Press, 1997).
 //Журнал общей биологии. 1999, Т.59.N2. 229-235.
(Работы С.В.Чебанова и А.Е.Седова по биосемиотике - также см. ниже, в списке публикаций на иностранных языках, и на названных выше Вебсайтах).

Ammon, Gunter (1989). “Wurdigung des Lebens und Werkes von
       Friedrich Rothschild zu Ehren seines 90. Geburtstages”./Dinamische
       Psychiatrie 22 (3/4), 186-190.
Anderson M. 1990. Biology and semiotics. / In: Semiotics in the Individual
       Sciences. Part I. Koch W.A. (ed.). Bochum Universitat Verlag.
       Dr. N.Brockmeyer.
Bouissac P. 1993. Ecology of semiotic space: Competition, exploitation and the evolution of arbitrary signs. // The American Journal of Semiotics 10. 145-166.
       Chebanov S.V. 1994. Man as participant to natural creation. Enlogue and ideas of hermeneutics in biology. // Biology Forum, 87 (1), 39-48.
       Эта статья есть на Веб-сайте:
       Chebanov S.V. 1995. Enlogue as Quasipersonal Interaction: Biohermeneutic Issues. //European Journal for Semiotic Studies, 7(3-4) 439-466.
       Эта статья есть на Веб-сайте:
       Chebanov S. V. 1998. Герменевтика в биологии и биогерменевтика. //Hermeneutics in Russia, N.2. Электронный журнал. httm://www.volga.net.
       Chebanov S.V. 1998. The Biohermeneutics Seminar of the St.Petersburg Scientists Union. // Hermeneutics in Russia, N.3. Электронный журнал. httm://www.volga.net.
       Chebanov S.V. 1998. The Role of Hermeneutics in Biology. / Peter Koslowski
       (Ed.): Sociobiology and Bioeconomics. The Theory of Evolution in Biological
       and Economic Theory, Berlin, Heidelberg, New York (Springer) 141-172 (=3D
       Studies in Economic Ethics and Philosophy, vol. 20).
       Chebanov S.V. 1999. Processuality of Sign and Meaning. / Sign Processes in Complex Systems, 7th International Congress of the International Association for Semiotic Studies (IASS/AIS) TU Dresden, Oct.3-6, 1999. 122.
       Chebanov S.V.2002. Semiotics of the contents and semiotics of expression: the
       role of sign's body – Kцrper - Verkцrperung – Entk.rperung. Body –
       Embodiment – Disembodiment. Kassel, Universitat Kassel, 2002. 51–52.
       Chebanov S.V. 2002. Bilateral biosemiotics: A problem of sense on a super-
       triplet level – Gathering in Biosemiotics-2. Tartu, University of Tartu, 11.
       Hes J.P. 1989. Einfuhrung in die Biosemiotik. // Dynamische Psychiatrie 22
       (3/4), 207-212.
Hoffmeyer J. 1995. The semiotic body-mind. /In: Essays in honor of
       T.A.Sebeok. Tasca N. (ed.), Porto. 367-383.
Hoffmeyer J. 1997. Molecular biology and heredity: semiotic aspects. / In:
       Psychosomatic Medicine. T. Von Uexkull (ed.). Munchen: Urban &
       Schwarzenberg, 43-50.
Hornborg A. 1996. Ecology as semiotics: Outlines of a contextualist
       paradigm for human ecology. / In: Nature and Society: Anthropological Perspectives. Descola P. and Polsson G. (eds.), 45-62.
Kawade Y. 1996. Molecular biosemiotics: molecules carry out semiosis in
       living systems. // Semiotica 111 (3/4). 195-215.
Krampen M. 1981. Phytosemiotics. // Semiotica 34 (3/4). 187-209.
Kull K. 1993. Semiotic paradigm in theoretical biology. / In: Lectures in
       Theoretical Biology: The Second Stage. Kull K., Tiivel T. (eds.). / Tallinn: Estonian Academy of Sciences. 52-62.
 (Cтатья есть на Веб-сайте: http://www.zbi.ee/~kalevi/vaheleht.htm
Kull K. 1998. Semiotic ecology: different natures in the semiosphere. // Sign Systems Studies 26. 344-371. (Cтатья есть на Веб-сайте: http://www.zbi.ee/~kalevi/vaheleht.htm ).
Kull K. 1999. On the history of Joining bio with semio: F.S. Rothschild and
       the biosemiotic rules. // Sign Systems Studies, 27, 128-138. (Cтатья есть на Веб-сайте: http://www.zbi.ee/~kalevi/vaheleht.htm ).
Kull K. 1999. Biosemiotics in the twentieth century: a view from biology. //Semiotica 127 (1/4). 385-414. (Cтатья есть на Веб-сайте: http://www.zbi.ee/~kalevi/vaheleht.htm ).
       (На этом же Веб-сайте, а также на Веб-сайтах ‘Biosemiotics’ (Tartu) ‘Ecosemiotics’ (Tartu) ( их адреса см. выше) есть и другие работы этого автора по биосемиотике.).
Mandelker A. 1994. Semiotizing the sphere: organicist theory in Lotman,
       Bakhtin, and Vernadsky. //Publications of the Modern Language
       Association, 109 (3), 385-396.
Noth W. 1998. Ecosemiotics. // Sign Systems Studies 26. 332-343.
       (Текст этой статьи есть в сайте ‘Ecosemiotics’).
Noth W. 2001. Biosemiotica. // Cybernetics and Human Knowing 8 (1/2).
       157-160.
Pattee H.H. 1982. Cell psychology: An evolutionary approach to hte
       symbol-matter problem. //Cognition and Brain Theory 5, 325-341.
Pattee H.H. 1995. Evolving self-reference: matter, symbols, and semantic
       closure.// Communication ond Cognition- Artificial Intelligence, 12, 9-28.
Pattee H.H. 1997. The physics of symbols and the evolution of semiotic
       control. / In: Control mechanisms for complex sistems: Issues of
       measurement and semiotic analysis.Coombs M. and Sulcoski M. (eds.).
       Albuquerque: University of New Mexico/ 9-25.
Peirce C.S. 1955. Philosophical writings of Peirce. /Edited by J.Buchler. Dover
       Publications, New York.
Rapoport A. 1994. Spatial organization and the built environment. / In: Companion Encyclopedia of Anthropology. Ingold T. (ed.). London: Routledge. 460-502.
Rothschild F.S. 1962. Laws of symbolic mediation in the dynamics of self and personality. //Annals of New York Academy of Sciences 96, 774-784.
Sebeok T.A. 1963. Communication among social bees; porpoises and sonar; man and dolphin. //Language 39, 448-466.
Sebeok T.A. 1972. Perspectives in zoosemiotics./Mouton, The Hague.
Sebeok T.A. 1999. The sign science and the life science. // Applied semiotics 6/7. 386-393. (Статья есть на Веб-сайте ‘Biosemiotics’ (Tartu): http://www.zbi.ee/~uexkull/biosem.htm - см. гиперссылку из ‘References’).
Sedov A.E. 1999. Genetics as developing hypertext: sets of metaphors in multilevel cognitive models. / In: Sign Processes in Complex Systems. 7th International Congress of th International Association for Semiotic Studies (IASS/AIS). TU Dresden, Oct.3-6, 1999. 347. Abstracts. (Полный русскоязычный вариант этой работы - см. выше, ссылки на русском языке; англоязычный вариант - см. на Веб-сайте ‘Biosemiotics’ (A.Sharov, USA): http://www.gypsymoth.ento.vt.edu/~sharov/biosem - гипертекстовая ссылка в разделе ‘Persons’: Alexander Sedov).
Sedov A.E. 2000 (a). Genes, cells, and societies: basic similarities among sign-interpreting systems./In: ISI Congress Papers. Nordic-Baltic Summer Institute for Semiotic and Structural Studies. June 12-21, 2000. Imatra, Finland. Part II. P.129-136. (Англоязычный вариант - см. на Веб-сайте ‘Biosemiotics’(A.Sharov, USA): http://www.gypsymoth.ento.vt.edu/~sharov/biosem - гипертекстовые ссылки в разделе ‘Persons’).
 Sedov A.E. 2000 (b). New Russian myths concerning genetic research, in mass-media and in the common mind. / In: ISI Congress Papers. Nordic-Balric Summer Institute for Semiotic and Structural Studies. June 12-21, 2000. Imatra, Finland. Part IV. 137-148. (Англоязычный электронный вариант - см. на Веб-сайте ‘Biosemiotics’ (A.Sharov, USA): http://www.gypsymoth.ento.vt.edu/~sharov/biosem - гипертекстовые ссылки в разделе ‘Persons’).
Sedov A.E. 2002. Sustainability during development depends on the types of part-whole interactions: Logical comparisons of biological systems of various structural levels. / In: Gatherings in Biosemiotics 2. June 14-17, 2002. Tartu-Puhtu-Tallinn. / Tartu, University of Tartu. 2002. 42. (Англоязычный электронный вариант - см. на Веб-сайте ‘Biosemiotics’(A.Sharov, USA): http://www.gypsymoth.ento.vt.edu/~sharov/biosem - гипертекстовые ссылки в разделе ‘Persons’).
Sharov A.A. 1992. Biosemiotics: a functional-evolutionary approach to the analysis of the sense of information. / In: Biosemiotics: The Semiotic Web 1991. Sebeok T.A. and Umiker-Sebeok J. (eds.). /Mouton de Gruyter, Berlin. (Эта статья есть на Веб-сайте ‘Biosemiotics’ (Tartu): http://www.zbi.ee/~uexkull/biosem.htm - см. гиперссылку из ‘References’).
Sharov A.A. 1998. From cybernetics to semiotics in biology. // Semiotica 120 (3/4). 403-419.
(Большинство многочисленных фундаментальных работ этого автора по биосемиотике есть на создаваемом им Веб-сайте: http://www.gypsymoth.ento.vt.edu/~sharov/biosem ).
Taborsky E. 1999. Biosemiotics of the Social Text. In: C. Emmeche & J.
       Hoffmeyer. (eds.) Special issue of Semiotica. Indiana UP.
 Taborsky E.1999. Evolution of Consciousness. In: BioSystems.(51). 153-168.
       Elsevier Press. Taborsky E. 2001. Energy and evolutionary semiosis. // Sign
       Systems Studies 30 (1). 361-381. (См. выше, в списке журналов; в его Интернет-версии есть лишь название этой работы.).
Taborsky E. 1999. On the Nature of Evolution. In: Proceedings of 43rd Meeting
       of ISSS (International Society for Systems Sciences). Session: 'Foundations of
       Information'. June 27-July 2.1999. Asilomar, CA, USA.
Taborsky E. 2002. Semiosis, Information and Knowledge. In: Organisational
       Semiotics: evolving a science of information systems. Eds. K. Liu et al. Kluwer
       Academic Press.
Taborsky E. 2002. Energy and evolutionary semiosis. In: Sign Systems Studies 30 (1): 361-381. Tartu University Press, Estonia.
Uexkull, J. von. 1940 (1982). The theory of meaning. //Semiotica 42, 25-82.
 Uexkull, T. von. 1986. Medicine and semiotics. // Semiotica 61, 201-217.
 Uexkull, T. von, Geigges H.J.M. 1993. Endosemiosis.//Semiotica 96 (1/2), 5-51.
 Uexkull, T. von, Wesiack w. 1997. Scientific theory: a bio-psycho-social model. / In: Psychosomatic Medicine, T. von Uexkull (ed.). / Munchen:
       Urban & Schwarzenberg. 11-42.
Vekhavaara T. 1998. Extended concept of knowledge for evolutionary epistemology and for biosemiotics. / In: Emergence, Complexity, Hierarchy, Organization. Farre G.L., Oksala J. (eds.). Finland: Espoo. 207-216.
       (Эта статья есть на Веб-сайте ‘Biosemiotics’ (Tartu) - см. гиперссылку из ‘References’).
Wuketits F.M. 1998. Zeichenkonzeptionen in der Biologie vom 18. Jahrhundert bis zur gegenwart. /In: Semiotik: Ein Handbuch zu den zeichentheoretischen Grundlagen von Natur und Kultur. /Posner R., Robering K., Sebeok T.A. (eds.), 2, 1723-1732. Berlin: Mouton de Gruyter.

3. Материалы международных конгрессов и конференций по биосемиотике (их сборники опубликованы в виде книг, компакт-дисков, частично на Веб-сайтах).
Названия конференций и конгрессов - см. на Веб-сайте “Biosemiotica Slavica”: http://biospace.nw.ru/biosemiotika/biosemiotics/html
Кроме того, доклады и работы по биосемиотике были широко представлены на 7-м Международном Конгрессе Ассоциации Исследований по Семиотике (IASS/AIS). Порталы этой Ассоциации - см.:
<http://www.uni-ak.ac.at/culture/withalm/semiotics/AIS/> ,
<http://IASS-AIS.org>

4. Телевизионная передача и её текст.
“Биосемиотика” - по российскому телеканалу НТВ в цикле “Гордон”. Беседа А.Г.Гордона с биосемиотиками - доктором филологических наук С.В.Чебановым и доктором биологических наук А.Е.Седовым (автором данного текста). Запись - 22-23.09.2003, трансляция - 11-12.12.2003. Стенограмма с уточнениями - на Веб-сайте: <http://www.gordon.ru>

5. Некоторые публикации по биологии, выводы которых упомянуты выше в тексте главы как подтверждения различных концепций биосемиотики (о чём сами их авторы не писали).

Берг Р.Л. Генетика и эволюция. Избранные труды. Новосибирск, Изд-во “Наука”, 1993. С.262.
Воронцов Н.Н. Развитие эволюционных идей в биологии. Москва, Изд-во “Прогресс-Традиция”, 1999.
Еськов К.Ю. История Земли и жизни на ней. Москва, Изд-во МИРОС, 2000.
Дубынин В.А., Каменский А.А., Сапин М.Р., Сивоглазов В.Н. Регуляторные системы организма человека. Москва, Изд-во “Дрофа”, 2003.
Маргелис Л. Роль симбиоза в эволюции клетки. Москва, Изд-во “Мир, 1983.
Одум О.Ю. Основы экологии. Москва, Изд-во “Мир”, 1975. (Пер. с англ.).
       Панов Е.Н. Бегство от одиночества. Индивидуальное и коллективное в природе и в человеческом обществе. Москва, Изд-во “Лазурь”, 2001.
       Трифонов Э.Н. Генетическое содержание последовательностей ДНК определяется суперпозицией многих кодов. //Молекулярная биология, 1997, том 11, №4. С.759-767.
Энциклопедия “Современное Естествознание”. Т.2: Общая биология. Москва, Изд-во ISSEP “Наука Флинта”, 1999. - Следующие статьи:
Васильев Ю.М. Нормальные и опухолевые клетки. С. 189-194;
       Клетки и построение ткани. С. 201-206.
Абелев Г.И. Врождённый иммунитет. Воспаление. С. 209-213.
       Основы приобретённого иммунитета. С. 214-219.
Галактионов В.Г. Генетический контроль взаимодействия
       иммунокомпетентных клеток. С. 225-230.
Фрейдлин И.С. Клеточные механизмы иммунной защиты организма.
       С.231-236.
Пшенникова М.Г. Стресс и адаптация. С. 243-251.

Koonin E.V., Mushegian A.R., Galperin M.Y., Walker D.R. Comparison of archaeal and bacterial genomes: computer analysis of protein sequences predicts novel functions and suggests a chimeric origin for the archaea.
// Mol. Microbiol., 1997, 25 (4), 619-637.
Jantsch E. Die Zelbstorganisation des Universums. Munchen-Wien, Hanser, 1992.
Maturana H.R., Varella F. Autopoietic systems. USA, IL, Urbana, University of Illinois, 1975.
 The genes we share with yeast, flies, worms, and mice. New clues to human disease. Howard Hughes Medical Institute Ed., Chevy Chase, Maryland, USA. 2001.

Глава 9.
НЕ СТОИМ ЛИ МЫ, НАКОНЕЦ, НА ПОРОГЕ ДОЛГОЖДАННОЙ ТЕОРЕТИЧЕСКОЙ БИОЛОГИИ ?

       Прежде всего - какое знание мы называем теоретическим?
       Не погружаясь в глоссарии, можно сказать: теория – это такая система фактов, их интерпретаций и умозаключений, базирующаяся на сочетаниях наблюдений, логики и экспериментов, которая выявляет общие принципы реальных явлений, позволяющие их непротиворечиво объяснять и предсказывать. Правомерно считать, что теоретическая биология и системный подход к феноменам жизни развиваются с XVII века (Мирзоян, 2001: c.102.). Зачатки же биологических теорий (в названном выше смысле) начали формироваться очень задолго до Эпохи великих географических открытий и Века просвещения, традиционно считающихся временем зарождения рациональной науки. Ведь предложенному выше определению соответствуют даже неолитические фрески - своеобразные невербальные руководства: мужские и женские зал пещер с соответствующими рисунками; изображения животных, раненных по правилам охоты - со знанием основ анатомии, и фенологических фаз злаков, расстояния между которыми соответствуют их длительности в днях. На брачных сорочках нанайских девушек вышивались их генеалогии с символами-предками... Подобные невербальные формы хранения и передачи информации в искусствах и верованиях разных цивилизаций и эпох, в которых мистико-метафорические образы переплетались с рациональными знаниями и даже с зачатками концепций - во многом интуитивных и ошибочных, но иногда провидческих даже в отношении ключевых проблем современной биологии - рассмотрены в Главе 1.
       В то же время и палеонтология, и история культуры, будучи по методам науками естественными и во многом почти точными, давая непротиворечивые описания событий прошлого и порой глубоко анализируя и сопоставляя их причины, практически не обладают предсказательной силой. Это выявляется в их неспособности к ретропрогнозам: скажем, блестяще зная различные биоценозы - фауны и флоры - юрского периода, палеонтологи не могут лишь на их основе «предсказать» глобальный меловой кризис. Аналогична ситуация с более ранними кризисами – с палеозойским (пермо-триасовым), с «кислородной революцией», происшедшей около 2 млрд. лет назад, со многими локальными кризисами. «Импактные» физикалистские гипотезы логически небезупречны; есть красивая гипотеза автогенетического мелового кризиса - динамики сообществ суши и воды вследствие появления цветковых растений (Еськов, 2000). Однако и это – объяснения post factum. Аналогично, какой историк – советский ли, зарубежный – мог предсказать динамику «перестройки», распада СССР и последовавших реформ? Известный сценарий А.Амальрика во многом оказался неточным, хотя совпадение дат поражает…
       Вернёмся к биологии. На наш взгляд, в массовом сознании словом «теория» оперируют неоправданно широко. Ведь предсказательной силой не обладают ни концепция эволюции Ч.Дарвина-А.Уоллеса, ни концепт коацерватного зарождения жизни А.Опарина-Дж.Холдейна… Это – логически стройные, безусловно, чрезвычайно важные для биологии, но – концепции, а не теории. А вот в генетике и в биологии развития вклад К.Бэра, Г.Менделя, Т.Г.Моргана, Дж.Уотсона и Ф.Крика, М.Ниренберга и Дж.Маттеи, Е.Вольмана, Ф.Жакоба и Ж.Моно, Дж..Гёрдона - это, безусловно, теории - по предложенному выше критерию.
       Вероятно, в контексте того, что культурологи величают «постнеклассической наукой» в контексте «постмодернизма», мы сейчас должны взвесить наши принципы теоретизирования. Клеточная теория М.Шлейдена-Т.Шванна, открытия универсальных принципов – онтогенетических рекапитуляций эволюции, единой мета-карты метаболизма и трофических сетей биосферы, генов, их групп сцепления, конвариантной редупликации и её ДНК-основы, механизмов биосинтеза белков и соответствующего им универсального триплетного кода, оперонных принципов генной регуляции, основ клеточной дифференцировки и, наконец, единых генных систем, определяющих планы строения и сегментации растений и животных – гомеозисных генов, - всё это, безусловно, ценнейшие «универсалии». С другой стороны, происходит не только это «восхождение на вершину, где лежат несколько золотых ключиков от массы дверей». Во многом метафорически ситуация с генной регуляцией скорее напоминает прохождение через узкое место песочных часов, с новым расширением – огромным взрывом биоразнообразия, выявляемого на различных структурных уровнях биосистем – в первую очередь тех, которые сулили «минимальный джентльменский набор универсалий». Ведь принципов включения и выключения генов оказалось множество, хотя всё это – узнавания специфических регуляторных ДНК-текстов. Но текстов-то – масса… Информация в ДНК – это вовсе не только триплетное белок-кодирование, но «суперпозиция многих кодов», определяющих различные аспекты работы геномов и детально классифицированных (Трифонов, 1997). Открыты совершенно новые типы питания, например – крупные глубоководные термохемотрофные сообщества и большие животные-симбиохемотрофы - вестиментиферы. Массу «сюрпризов» в отношении биоразнообразия принесли и генетика, и клеточная биология, и биология развития, и нейробиология. По словам В.Сойфера, сказанным 5 лет назад, за последние 20 лет биология на 80% стала точной наукой, а сегодня, вероятно, – и на все 90%. Но при этом остаётся масса «белых пятен», зовущих исследователей! Впитав когнитивные языки физики, химии и математики, биология отнюдь не растворилась в них. Так, автор насчитал в ней множество форм представления данных (см. Главу 2). Ведь, в отличие от прочих естественных наук, биология оперирует объектами куда более сложными, чем используемые в ней приборы, - по сложности сравнимыми скорее с самими исследователями. Вот почему новые шаги в биологии базируются на разнообразных биогенных конструктах – биохимических, генно-инженерных, клеточных, эмбриологических, нейрокибернетических. Процессы их конструирования, сборки из биогенных же элементов и тестирования в живых системах автор описал как целостную «сумму технологий» (термин С.Лема), назвав её «многоуровневым рефреймингом» (Sedov, 2000 - см. ссылку в Главе 8). Такие системы – это своеобразный синтез объектов и инструментов исследований, созданных эволюцией и лишь направленно перекраиваемых исследователями. Биологам есть что делать! В нашей стране, однако, крайне остра проблема финансирования науки и её популяризации. На вопрос же, давший имя этой главе, можно ответить: «Стояли всегда, и особенно – стоим сегодня!».

ЛИТЕРАТУРА

Амальрик А. Доживёт ли Советская Россия до 1984 года?
       Москва, «Самиздат», 1960-е гг.
Еськов К.Ю. История Земли и жизни на ней. М.: МИРОС, 2000.
Мирзоян Э.Н. Этюды по истории теоретической биологии. Киев, 2001.
Седов А.Е. Культурологическая интерпретация биологии: «жизнь
       как тексты» и «жизнь как формы».//Полигнозис, 1998, №3. С.
       116-129.
Трифонов Э.Н. Генетическое содержание последовательностей
       ДНК определяется суперпозицией многих кодов. //Молекулярная
       биология, 1997. Т.31, №4. С.759-767.

Глава 10.
УРОВНИ ОРГАНИЗАЦИИ ЖИВОГО - СТРУКТУРНЫЕ, ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ И КЛАССИФИКАЦИОННЫЕ.
ТИПЫ ВЗАИМОДЕЙСТВИЙ ЧАСТЕЙ И ЦЕЛОГО И УСТОЙЧИВОСТЬ БИОСИСТЕМ: СРАВНЕНИЯ ТРАНСПОЗИЦИЙ НА РАЗНЫХ СТРУКТУРНЫХ УРОВНЯХ.
       

       В самых современных монографиях по теории информации особое
       внимание обращается на многоуровневый иерархический характер
       организации информационных систем - особенно биологических, - а
       также на проблему определения ценности элементов разных уровней
       в контекстах их функционирования как целого (Корогодин,
       Корогодина, 2000; Чернавский, 2004).
       Рассмотрению истории и сути проблемы структурных уровней
       биосистем, а также анализу этих проблем на конкретных
       биологических примерах разных уровней, посвящена эта глава.
       Именно объекты биологии содержат яркие примеры устойчивого развития: метаболизм и онтогенез разных организмов, экологические сукцессии, эволюционные процессы. Биосистемы целостны, оптимизированы миллионами и миллиардами лет эволюции, "опыт" которой запечатлён и продолжает совершенствоваться в разнообразных геномах, генофондах популяций и видов, в экосистемных взаимодействиях. Экстраполяции ряда биологических концепций на разнообразные технические, психологические, социальные, экономические и политические феномены - предмет социобиологии и биополитики интенсивно развивающихся в мировой науке в последние полвека; в последние годы интенсивно развивается биосемиотика, проблемы которой рассмотрены в одной из предыдущих глав. На русском языке обширное, хотя и с неизбежностью неполное, представление о биополитических экстраполяциях даёт монография (Олескин, 2001). Автор данной работы полагает, что потенциал знаний о биологических информационных системах, полезный для социальной практики, использован отнюдь не полностью. Ведь в живой природе имеются функциональные сети - метаболические (в разнообразных клетках и организмах) и трофические (в разнообразных экосистемах, от аквариума до биосферы) - которые содержат множество систем управления ветвящимися и взаимно регулируемыми потоками различных веществ, энергии и информации, прошедших через глобальные и локальные кризисы и оптимизированных отбором и прочими механизмами эволюции. Поэтому, начиная с первых лет “перестройки", экстраполяции знаний об этих феноменах в социально-экономические исследования -разумеется, с большим количеством необходимых эмпирических поправок- вероятно, могли бы помочь противостоять кризисам и возрождать экономику России и прочих бывших социалистических стран.
       Подобные экстраполяции и аналогии могут стать полезными и для анализа информационных процессов и систем в рамках самой биологии. В генетике, биологии развития, экологии, концепциях эволюции, рассматривается ряд фундаментальных явлений, охватывающих разные диапазоны структурных уровней биосистем и при этом логически сходных. Ниже показано, как межуровневые аналогии, во многом опирающиеся на принципы биосемиотики, позволяют анализировать такие конкретные проблемы.
       Представления о структурных уровнях биосистем развиваются чуть более 30 лет, - в частности, начиная с работы (Тимофеев-Ресовский, 1962). Заметим, что, хотя в школьном курсе биологии им посвящена лишь пара абзацев в начале учебника общей биологии, однако именно на концепции структурных уровней живого построена вся современная биологическая школьная программа от 6 до 11 класса, а также многие разделы институтских биологических спецкурсов.
       Более того, - в последние годы многоуровневую организацию нашего мира изучают и известные физики совместно с философами. У них возникает вопрос: являются ли разные физические законы специфическими для разных структурных уровней мироздания, или же за этой «многослойностью» стоят некие еще более фундаментальные и универсальные принципы, «пронзающие все слои» – уровни организации мироздания («Conceptual foundations...», 1999; Исаев, Мамчур, 2000).
       Общая математическая теория иерархических многоуровневых систем была предложена более 30 лет назад (Месарович и др., 1973); этот аналитический аппарат, однако, был далёк от постановок и решений конкретных биологическтих проблем. Между тем, именно для биологии характерно огромное разнообразие конкретных многоуровневых структур и процессов, и поэтому анализ именно её эмпирических фактов может быть очень полезен для понимания иерархических систем различной природы. Автор надеется, что предлагаемый в этой главе подход окажется плодотворным для дальнейших межуровневых экстраполяций - как для понимания биологических явлений, так и для миропонимания в целом, и для преподавания самых разных дисциплин – не только естественнонаучных, но и гуманитарных, и технических.
       Философские термины "холизм" и "редукционизм" биологам необходимы, но не достаточны: ведь биологические объекты - это многоуровневые иерархии. Мы можем выделить три типа иерархий: классификационные (таксономические), структурные и функциональные. Принципиальным является то, что графы, посредством которых биологи интерпретируют в этих трёх аспектах ту или иную конкретную систему биологических объектов, как правило, не изоморфны. Важно и то, что для их отображения требуются зачастую не только дендрограммы (древа), но и более полные графы, зачастую - ориентированные.
       Нередко в биологии, да и во многих других науках, применяют ещё одно, четвёртое, понятие – «уровень организации», или «уровень сложности». По сути, это – «покрытие», коррелят всех трёх названных выше типов уровней. Чем выше система находится на филогенетическом древе систематики, т.е. чем больший эволюционный путь прошли её предшественники, а потому - чем сложнее и структурные, и функциональные иерархии в ней самой и в её взаимодействиях с надсистемами, тем выше её уровень организации. Это – вполне операциональное понятие на всех структурных уровнях биосистем - от сравнительной геномики и сравнительной биохимии до сравнительной морфологии и даже до сравнительной биоценологии. Однако в рамках логики данной статьи достаточно рассмотреть лишь названные выше три его составляющих per se.
 
О классификационных (таксономических) иерархиях.

       Сначала - о любой классификации, далеко не только биологической. Теория (точнее, совокупность теорий) классификации – это область мета-науки, опирающаяся на ряд разделов математики, логики (включая математическую), а порой и на некоторые философские концепции. Конкретные объекты, на которых она применяется - это объекты той или иной предметной дисциплины (биологии, лингвистики, химии и т.п.). Основой любой классификации являются процедуры распознавания образов и кластеризации; эти процедуры можно рассматривать с позиций динамической теории информации (Чернавский, 2004). Как рассказал автору математик профессор А.Плоткин (персональное сообщение), - строго говоря, все способы классификации сводятся к одному из трёх приемов, осуществляемых в тех или иных пространствах – метрических и/или когнитивных:
1. По каким-либо критериям проводят границы между различающимися объектами. Эта процедура, смысл которой весьма понятен даже в рамках обыденного сознания, лежит в основе сложных алгоритмов, программ и систем распознавания образов – и в технических приборах, и в живых организмах.
2. Для каждого таксона - выделяют «эталонные» объекты, а затем
изучают прилежащие к ним объекты в пределах некоторых задаваемых или вычисляемых «радиусов сходств».Так строились многие классификационные схемы до К.Линнея. Так до сих пор преподают биологию в школах и даже в некоторых новых ВУЗах: «Типичный представитель ракообразных – речной рак». Увы, при этом нередко сам преподаватель не знает, как отделить типичные признаки архетипов разных таксономических рангов (типа членистоногих, класса ракообразных) от множества характерных признаков самого этого вида (в нашем случае – речного рака). И тогда вся блестящая логика сравнительной систематики тонет в унылом омуте перечислений органов и их систем, без целостного видения логики строения и эволюции - как в таксоне, так и в данном организме.
3. Сначала одновременно выделяют в виде целостных групп области «кучностей» объектов, затем – составленные из них «надобласти», и т.д. Именно так работают современные алгоритмы и программы систематики организмов в виде бескорневых древ (Седов, 1994).
       Следует подчеркнуть, что наиболее доказательно и интенсивно теории классификации развиваются именно в биологии, так как у биосистем есть огромная естественная история – их эволюционное прошлое. Теперь его изучают, сравнивая сходство и многообразие биологических форм с соответствующими им фрагментами наследственных программ – участками ДНК, а также кодируемых ими РНК и белков. Всё это – следы эволюции, запечатлевшие её логику или по крайней мере её фрагменты (Седов, 1994). Обычно эволюционные схемы изображают в виде филогенетических древ. Однако в последние годы доказано, что “ветви” этих древ могут «срастаться» (полифилия). Так, многие живые существа произошли в результате симбиозов и дальнейшей коэволюции целого. Иногда на новый общий уровень организации несколько групп прорываются более или менее синхронно, каждая – своими путями (градизм). Ограничимся здесь лишь немногими ссылками на соответствующие книги биологов - наших соотечественников, в которых рассмотрены многие конкретные примеры таких эволюционных (Воронцов, 1999; Еськов, 2000). Упомянем и нашу работу, касающуюся этих проблем (Седов, 2001 а).

О структурных иерархиях
 
       Казалось бы, членение систем на структурные подсистемы и элементы разных уровней – это самая простая задача, - проще, чем анализ с большим трудом наблюдаемых и выявляемых иерархий функций или иерархий таксонов.
       Понятие «структурные иерархии» на лекциях я разъясняю простой метафорой. «Это – что из чего состоит: квартира – из комнат, дом – из квартир, квартал – из домов, город – из кварталов».
Но даже на такой простой модели видны некие глубинные проблемы и принципы их решения.
       Так, можно вводить промежуточные уровни – альтернативные или же взаимно дополнительные, которые будут аналогичны как структурам в структурных иерархиях, так и таксонам – в классификационных. Так, квартиры внутри дома можно подразделять по подъездам или же по этажам; правильно и то, и другое: для почтальонов важны квартиры, для вычисления подачи воды – этажи. Аналогично, дома можно группировать как по улицам, так и по кварталам, и классифицировать их по времени построения, по этажности, комфортности и т.п. Однако именно в биологических объектах - в их генотипах и фенотипах – ещё и запечатлена их естественная история, т.е. эволюция. Соответственно, геносистематику (ДНК-РНК-систематику) и феносистематику (в первую очередь сравнительную морфологию) можно рассматривать как выяснение изоморфизмов между физическими иерархиями (в организации генов, геномов, тканей, органов и их систем) и классификационными иерархиями таксонов.
       Далее, - на сколько структурных уровней целесообразно подразделять биосистемы?
Предложенное в (Тимофеев-Ресовский, 1962) подразделение на 4 уровня вошло в школьные учебники и программы. Известная исследовательница, генетик Р.Л.Берг предложила весьма логичную 6–уровневую иерархию (Берг, 1993).
       Она выделяет «шесть уровней организации – генонему (хромосому), клетку, организм, популяцию, биоценоз и биосферу… Выделены эти уровни потому, что «им всем без исключения присуща фундаментальнная черта живого – способность воспроизвести себя как целое». Добавим, что у систем, принадлежащих к трём «нижним» из этих уровней, системы–потомки выглядят так же, как системы-предки, так как облик каждой из них задаётся её генотипом (мутации, рекомбинации и эпигеномные феномены – от дифференцировки до физиологических адаптаций и морф- этого общего облика, как правило, не меняют –см.ниже). Напротив, системы «верхних» трёх уровней - пластичны: «дышат» и мигрируют популяции, происходят сукцессии в биоценозах, меняется облик биосферы. Понятия «особь», «индивид», т.е. организм – это логическая граница этих двух триад. Именно по ней проходит граница между биологией «суборганизменной» и биологией «надорганизменной» – со своими специфическими формами представления данных, задачами, методами, методологиями, объектами и результатами исследований. Навзглядавтора, в некотором смысле эти “две биологии” отображают две взаимодополнительных философии жизни биологов – редукционистскую (аналитико-лабораторную) и холистическую (экспедиционно-полевую).
       Однако можно проводить членение биосистем и на иные структурные уровни. Так, в контексте одной лишь генетики - по её глоссарию - автору этих строк удалось выделить ad hoc 9 структурных уровней генетических систем, а затем по истории метафор, вводимых генетиками в качестве терминов, характеризующих конкретные объекты или явления каждого из этих уровней, проследить исторические смены когнитивных моделей соответствующих генетических систем (Седов, 2001 б; в этой книге - см. главу 12*). Нередко это позволяет видеть в текстах разных авторов даже те фундаментальные идеи, которых они сами не заметили. Так, даже для двухуровневых систем "ген-хромосома" анализом метафор из монографии Р.Б.Хесина выявлен как описанный ещё в 1925 г. "холистический" эффект положения, так и ещё не означенный термином "редукционистский" мета-феномен - дестабилизация разных целых геномов в результате перемещений лишь некоторых их мобильных элементов (см. там же). При этом метафоры в языке генетики рассматриваются с позиций теории информации, а в самих биологических объектах описаны ключевые информационные структуры, играющие роли, сходные с ролями метафор в научном дискурсе. Полагаю, что анализ терминологических метафор и изучение строгих научных понятий как метафор могут занять достойное место как в исследовательском, так и в преподавательском арсенале – особенно в высшей школе.
 Суть всех наиболее фундаментальных биологических мета-проблем - это конкретные взаимодействия между уровнями. Предпринятые 30 лет назад попытки анализа многоуровневых биосистем силами отечественных биологов и философов отражены в коллективной монографии («Развитие концепции...», 1972). К сожалению, с тех пор таких попыток было слишком мало для того, чтобы успеть создать конструктивную методологию; однако, к счастью, они возобновляются (например, - Лозовский, Лозовский, 2000).
       Изучение сравнительной морфологии, систематики и эволюции конкретных групп организмов даёт для общего миропонимания такие важные примеры, о которых многие профессиональные философы - с их слишком абстрактным (поэтому зачастую беспредметным) и исключительно вербальным мышлением – могли бы только мечтать. Приведу лишь два подхода.
1. Некоторые промежуточные уровни в некоторых организмах ещё отсутствуют, и вообще – порой трудно бывает понять, к какому структурному уровню относится живое существо.
а). Например, у каждого из простейших животных солнечников из класса саркодовых, или корненожек – родственников амёб – одна клетка является самостоятельным организмом, и при этом внутри, в цитоплазме, содержит популяцию симбиотических жёлтых водорослей – зооксантелл, поставляющих хозяйским клеткам органику посредством фотосинтеза. Что же такое солнечник – клетка, организм или биоценоз? Да и наши, эукариотические, клетки – результаты различных симбиозов, постулированных и детально классифицированных в (Маргелис, 1983) а затем – многократно и многоаспектно доказанных молекулярно-биологическими и цитолого-биохимическими методами (Воронцов, 1999).
б). Далее, возьмём губок – очень интересный тип, напрасно забытый школьной программой. Губки – это пример становления многоклеточной организации: дифференцировок клеток, межклеточных взаимодействий, морфогенеза. У губок ещё нет уровней тканей, органов и систем органов, однако как особи в популяции, так и отдельные клетки могут различать или не различать свои клетки от чужих. Это - тоже информационный процесс распознавания образов. Пользуясь термином из психологии, это явление можно назвать самоидентификацией – пусть происходящей на рецепторном, а не на «психическом» уровне. Кроме того, в телах губок несколько идентичных клеток-амебоцитов, объединяясь без физического контакта, сообща строят спикулу - опорную структуру, по форме напоминающую снежинку и имеющую форму, специфичную для того или иного вида губок. Находясь на концах разных игл спикулы, они дистанционно обмениваются информацией, сообща выполняя эту сложную морфогенетическую задачу. У губок клетка незаметно переходит в особь, особь - в популяцию.
в). В типе кишечнополостных есть сифонофоры («португальские кораблики»). Каждую сифонофору можно рассматривать и как особь с целостным поведением, и как колонию очень дифференцированных особей: верхнего «пузыря», разных медузоидов - для плавания, для обороны, для размножения… Морфологические различия между разными медузоидами одной сифонофоры – не меньше, чем у органов в организме, а развивается она их одной оплодотворённой яйцеклетки, а затем - как колония медуз, отпочковывающихся от общего стебля. Движется сифонофора как единый организм: медузоиды каким-то образом обмениваются информацией и сокращаются те лишь из них, которые толкают “кораблик” в выбранном направлении.
В общем, - и в зоологии, и в ботанике есть немало таких диковинок.
На графике, абсциссой которого была бы мера или номер структурного уровня, а ординатой – мера информационной сложности на данном уровне (возможно - в битах), эволюционные кривые губок и сифонофор легли бы низко, близ абсциссы, но изогнулись бы по-разному.
Аналогичные примеры представляют собой лишайники. Каждый их вид - продукт симбиоза определённого вида гриба (аскомицета, в тропических лесах - базидиомицета телефоры) и водоросли (иногда - цианобактерии). Таким образом, лишайники состоят из таксономически очень разными видов-компонентов. Многие виды лишайников морфологически - гораздо сложнее, чем составляющие их симбионты сами по себе. Чем считать лишайник – особью или микофитоценозом?..
2. Очень важно подчеркнуть, что в биологии существуют разные законы.
       Некоторые - специфичны для того или иного структурного уровня (примеры: универсальность ДНК-белкового кода, стадии митоза и мейоза, экологические правило Бергмана, пирамиды экологических чисел и т.п.).
       Другие же законы универсальны для всех уровней: образно говоря, они как бы пронзают много слоёв – наподобие шампура, вертела для шаурмы или штыря для чеков.
       Например, репликация и рекомбинации ДНК на молекулярном уровне изоморфны событиям митоза и мейоза на цитологическом уровне, законам Менделя-Моргана на феногенетическом уровне и закону Харди- Вайнберга – на популяционном.
       Ещё один пример многоуровневых законов - универсальная карта метаболических путей (обмена веществ). Это - биохимический «портрет» и обобщённой живой клетки, и обобщённого живого организма, и всей биосферы. Здесь не важны ни пространственные и временные масштабы, ни биогенные «ёмкости», ни морфологические структуры (от макромолекул и мембран до тел организмов и пространств популяций и биоценозов) – важны лишь сети событий, которые происходят с биогенными молекулами. «За кадрами» - контроль ферментами и, соответственно, генетическими системами, их кодирующими и производящими.
       Таким образом, на вопрос, который ещё лишь возникает в современной физике, в биологии есть ответ: мир живого «слоист» уровнями, на каждом из которых есть специфические законы, однако эти уровни «пронизаны» универсальными биологическими законами.. Вероятно, и в теоретической физике следует ожидать подобного обобщения.
Отметим, что и здесь речь идёт об информационных структурах и процессах.
       
О типах информационных взаимодействий «часть-целое», т.е. структурно-функциональных элементов с содержащими их иерархическими биосистемами, на различных структурных уровнях.

*** Повторю с некоторыми добавками и инновациями фрагмент собственной работы (Седов, 2001 б), в англоязычных вариантах доложенной и опубликованной на 7-м Международном Конгрессе по Семиотике «Знаковые процессы в сложных системах» - на сессии «Перспективы биосемиотики» (Дрезден, 1999), и в виде тезисов - в Материалах Всемирного Конгресса по Истории Науки (Мехико, 2001). Здесь этим вопросам посвящён фрагмент Главы 12.
       Биологические и, в частности, генетические системы особенно сложны – многоаспектностью, многомасштабностью и иерархичностью структур, функций и отношений сходства и родства. Часто для того или иного конкретного жизненного процесса структурные, функциональные и классификационные схемы не совпадают и представлены различными моделями. А в разных когнитивных моделях того или иного процесса нередко определяющими его или же определяемыми им считаются разные структурные уровни и даже разные их сочетания. Вот лишь два конкретных примера – теории старения и теории рака.
       В геронтологии существуют несколько сотен (!) не вытекающих друг из друга теорий старения организмов.
       Самый нижний уровень, предположительно «ведущий» старение – это нуклеотиды в генах: их мутации портят ферменты, а в итоге – и узловые звенья самоподдержки генетических программ и обмена веществ (это – «теория катастрофы ошибок»).
       Следующий уровень – различные специальные гены, продукты которых:
- чинят – репарируют - ДНК;
- контролируют циклы деления клеток;
- считают количество уже прошедших делений (теломеразные системы; судя по всему, катастрофически быстрое старение клонированной овцы Долли свидетельствует о том, что при развитии предыдущего организма – донора клеточного ядра - такие «счётчики» уже кое-что «отсчитали»: «жизнь невозможно повернуть назад, и время ни на миг не остановишь», как поёт Алла Пугачёва!)
- обусловливают апоптоз – программируемое извне «самоубийство» клеток определённых групп, происходящее начиная с раннего зародышевого развития (гены р53, р21 и другие гены апоптоза); очень интенсивно идёт такая конкуренция, такой естественный отбор среди клеток в растущем мозгу маленького ребёнка, а особенно активизируется при старении;
- и ряд других процессов.
В других же теориях старение определяется событиями на более высоких структурных уровнях: нарушениями общей устойчивости обмена веществ, иммунной и/или эндокринной систем, транспортных систем организма, структур и функций коры головного мозга (Finch, 1991; Rose, 1991, а также работы отечественного физиолога ..Дильмана 1970-х гг.).
Подобно этому, многоуровневыми оказались концепции онкологии. Ведь первичные причины рака – это события, происходящие на разных структурных уровнях. Уровень замен нуклеотидов в генетических текстах – это та же катастрофа ошибок».Обычно к раку приводят специфические комбинации – от 3 до 7 мутаций в конкретных генах, в целом таких генов известно около 150. Таковы мутации в том или ином онкогене, в норме управляющем развитие клеток определённого типа (их в геноме человека известно уже более сотни); результат - его запоздалая и неумеренная работа и исчезновение необходимого белка или/и появление белка неправильного, вредоносного. К раку могут приводить совокупности мутаций, повреждающих те системы, которые отвечают за тот или иной важнейший клеточный процесс:
- за репарацию ДНК,
- за различные стадии деления клеток,
- за внутриклеточные процессы (их контролируют разнообразные ферменты из групп протеинкиназ и фосфорилаз),
- за межклеточные взаимодействия (их осуществляют многообразные сигнальные пептиды и мембранные белки-рецепторы),
- за упомянутую выше программируемую смерть клеток (апоптоз).
Вообще – рак – это «искажённый фрагмент эмбрионального
развития», и многие ключевые механизмы здесь – общие. Однако существуют и онкогенные факторы, работающие на уровне систем целого организма; их связи с перечисленными генетическими системами ещё не выяснены. Это - нарушения обмена, питания, иммунной системы, эндокринной системы, образа жизни, целостной гармонии организма и даже личностных ценностей. (Varmus, Weinberg, 1992).
Особенно интересно (в том числе и для междисциплинарных биолого-гуманитарных исследований) то, что метафора «организм есть государство клеток», предложенная Рудольфом Вирховым почти полтораста лет назад, подверждается множеством самых современных эмпирических данных, приводящих к глубинным и, на наш взгляд, весьма конструктивным аналогиям между раковыми элементами и системами в организмах и тоталитарными – в человеческих обществах (Sedov, 2000). Эти и другие социальные аналогии, изученные и изучаемые в биосистемах, рассмотрены автором и в русскоязычной работе, которая скоро будет опубликована (Седов, 2001 в); в этой книге ей соответствует глава 14**.
Не менее многообразными и многоуровневыми являются различные модели эмбрионального развития различных организмов (Гилберт, 1994; Goodwin, 1994). Так, в онтогенезе есть ситуации, когда работа “части” - одного гена - управляется “целым” -сложной системой других взаимодействующих генов; таков, например, ген S-эстеразы у дрозофилы (см. Корочкин, 2002, с.183-186); в опытах В.Геринга, напротив, экспериментально удавалось с помощью “части” - одного энхансера GAL4 - вызвать работу “целого” - сложных генных комплексов, образовавших фасетки глаз в разных частях тела дрозофил (см. там же с. 120-123). Межуровневые взаимодействия “сверху вниз” и “снизу вверх” имелись в процессах эволюции (Denton, 1986; «Эволюция генома», 1986; «Organisms, genes and evolution», 2000; Красилов, 2001), формирования и существования экологических систем (Peters, 1991) и других важнейших биологических систем и процессов. В исследованиях эволюции за последние десятилетия вопрос: "Какой уровень является ведущим?" был стержневой мета-темой ряда международных конференций, представленных коллективными монографиями. Например, - "Участки ДНК или же геномы как целое?" (Седов, 2000); "Гены и геномы или же организмы как целое?" («Organisms, genes and evolution», 2000). Многоуровневость понимания эволюционных процессов явно отражена в (Воронцов, 1999); для отечественной школы палеонтологов - многих сотрудников ПИН РАН - характерно понимание эволюции как процессов, "ведомых" экосистемами - вследствие внутренней логики их развития (Еськов, 2000) или же вкупе с экзогенными не биологическими воздействиями на биосферу (Красилов, 2001).
Каждое из названых биологических мета-явлений описывается несколькими моделями, «опирающимися» на разные структурные уровни и даже на разные их сочетания. Все такие модели необходимо сравнивать для выявления их сходств (изоморфизмов), или же, напротив, противоречий – объектов дальнейшего исследовательского анализа.
Применение теории информации в биологии не решало проблем семантического веса, т.е. ценности, того или иного элемента в контексте той или иной системы (Седов, 2000; здесь - см. в Главе 7). Не решил этих проблем и удачный количественный подход, предложенный биофизиком М.В.Волькенштейном как для биологических информационных макромолекул, так и для поэтических текстов (!) (Volkenstein, Chernavskii, 1978; здесь - см.
в Главе 5).
Дело в том, что в различных биосистемах, разных структурных уровней, среди их элементов есть как малозначимые, так и "ключевые" - типа "мал золотник, да дорог": по размерам и сложности они сравнимы с прочими, однако лишь их повреждения приводят к каскадам событий в духе английской песенки: "Не было гвоздя - подкова пропала...". Вот лишь несколько примеров. Мутация в 8-м нуклеотиде (3-м кодоне) гена, кодирующего белок Ha-ras, делает его онкогеном - развивается рак. Небольшие количества этанола выводят из строя сложнейший ансамбль макромолекул, составляющих более 50 миллиардов клеток мозга - личность алкоголика деградирует. Болезнь Альцгеймера зависит от мутаций всего лишь в 3 генах, особенно - гена пресенилина: синтезируясь в избытке, белок бета-амилоид рвёт синаптические связи, разрушая сложнейшие информационные сети мозга, и личность тоже деградирует. Интродукция в США всего лишь нескольких азиатских каштанов, поражённых жёлтым трутовиком, уничтожила биоценозы - гигантские леса не устойчивых к нему американских зубчатых каштанов. Подобные примеры - интродукция кроликов и кактуса опунции в Австралию (в Израиле, однако, опунция "скромно вписалась" в биоценозы), лианы пуэрарии и водяного гиацинта в США и т.д. (Небел, 1993).
Смысл и ценность элемента могут быть обусловлены им самим и/или зависеть от контекста той или иной донорной и/или реципиентной системы. Так, в кодирующей части любого гена каждый триплет нуклеотидов кодирует определённую аминокислоту или же окончание синтеза белка; есть консенсусы-"ядра" для репликаторов и других функциональных областей ДНК. Однако вставка одного и того же олигонуклеотида в разные контексты - функциональные участки ДНК - приводит к разным последствиям:
- в промотор - это изменение условий включения гена как целого (полное выключение, или неконтролируемый синтез, или термочувствительность, и т.п.);
- в белок-кодирующую часть - появление новых триплетов, или изменение конформации (если эти аминокислоты - "неподходящие"), или сдвиг рамки считывания и порча всего белка ниже вставки (если число нуклеотидов во вставке не кратно 3);
- в интрон-экзонную границу - дефект сплайсинга и увеличение и тоже порча белка из-за "экзонизации" интрона, и т.п.
Аналогично - различны судьбы биоценозов Австралии и Израиля, в которые ввезли опунции, а также самих опунций в них, в зависимости от "контекстов" - предшествовавших структур этих биоценозов. В целом феномены "текст-контекст" - это предмет семиотики.
Предлагаю ввести для всех этих биологических явлений общий термин: гетерологичные транспозиции (ГТ). В отличие, скажем, от симбиогенеза клеток эукариот, от соединения двух целых наборов генов при скрещиваниях близких видов или от интерградации целых фаун и флор Северной и Южной Америки, - все ГТ характерны тем, что: 1) перенесён лишь один сложный биогенный элемент в ещё более сложную биогенную систему; 2) каждый такой перенос антропогенен. Наиболее интересны самые гетерологичные ситуации с самыми большими семантическими весами.
В целом ГТ связаны с преобразующей деятельностью человека, и общий исторический вектор их развития направлен "вглубь" - от макро- к микроуровням биосистем. На надорганизменных уровнях - это интродукции видов в новые климаты, ландшафты и нативные биоценозы; они происходили в течение всей человеческой истории, а особенно интенсивно - начиная с эпохи великих географических открытий. В экспериментальной внутриорганизменной биологии - в эмбриологии и биологии развития - это трансплантации одних тканей и органов на место других, для изучения эмбриональной индукции, компетенции тканей, гистосовместимости и т.п., начатые в начале 20 века. (О гомотрансплантацях - см. Гексли, де Бер, 1936), - вплоть до трансплантаций имагинальных дисков насекомых, создания аллофенных химер млекопитающих (с 1960-х гг.) и последних достижений в ксенотрансплантациях их органов и клонировании их клеток, эмбрионов и взрослых особей при пересадках близких, но всё же гетерологичных ядерных геномов. В молекулярной генетике это трансформации бактерий (Гриффитс, 1928; воспроизводимые плазмидные технологии- с 1970-х гг.), а теперь и трансгенозы - в зиготы и развивающиеся из них организмы эукариот, а также в их различные отдельные соматические ткани (начиная с 1980-х гг.).
Покажем, как эти межуровневые аналогии могут стать полезными для исследователей-эмпириков. Рассмотрим все типы возможных ситуаций, сначала на метафорическом примере - гетерологичной транспозиции сложных текстов. Допустим, фрагмент романа М.Булгакова "Мастер и Маргарита" вставлен в роман Л.Толстого "Война и мир". Метафора жизнеспособности - осмысленное восприятие всего текста. Возможны лишь 3 исхода.
(1) Вставку игнорируют - роман читают далее. ("Репрессия" вставки).
(2) Вставка настолько диссонирует с предыдущим текстом, что весь роман отбрасывают как абсурдный. (Вставка противоречит внутренним самосогласованным законам системы и потому приводит к её гибели.).
(3) Вставка вызывает новые нетривиальные ассоциации с контекстом, придавая чтению всего "внешнего" текста новый смысл. (Вставка изменяет свойства всей системы, не губя её, и, возможно, модифицирует и собственный смысл.). Этот случай почти невероятен и обязательно понижает "жизнеспособность" текста - его общую познавательную и художественную ценность - по сравнению с обоими исходными текстами.
Аналогичные биологические примеры представлены в виде таблицы.




ТАБЛИЦА: Аналогии между функциональными событиями на трёх структурных
уровнях биосистем в результате гетерологичных транспозипий в них.
Уровни и соответствующие им дисциплины названы в левом столбце.
Вариан-ты проя-вления
транспони-
рованного
элемента. Не проявляется (1) Проявление губит
всю систему (2) Проявление
изменяет всю
систему в желаемом на- правлении (3).
Поведение
элемента. Выбрасы- вается из
Системы Сохраня- ется, в системе, но не
работает Изменяется
сам
Молекуляр-ный субклеточный
уровень. (Молекуляр-ная
генетика). Неустой- чивая
плазм ида. Интегра-ция в сатДНК
или под сайлен-
сер.
Дефекты сплай--
синга. Эффект
положения. Интегративные летали.
Смертельные наслед-
ственные уродства. Штаммы-сверх-продуценты.
Растения -«живые вакци ны».
Bt-растения.
Животные-«жи-вые ферментё-ры». Случаи гетерологичной экспрессии
желаемых
генов. Случаи
удачной гено-терапии.
Клеточно-организмен-ный уровень (Эмбриология,
Биология развития – трансплан-
тология,). Резорбция.
Отторжение
. ?
(Автором не найде- но). Индукция
окружением.
Трансдетер- минация.
Несовместимость по
группам крови: резус-конфликт, летальная МНС-несовместимость. Ксенотрансплан-
тации с соматическими эффектами. Химеры с алло-
фенными клона-
ми клеток.
Надорганиз- менные уровни (Экология -(интродукции видов).
Скунсы из США в Европей-
ской части
России
(истреблены
абориген-ными
хищниками
см. (Ман-
тейфель, 1961). Американский клён
в евро-пейской
части России
(живёт
лишь в
антропо-
ценозах). Канадская
элодея в
европейской
части России
(лишь женс-
кие растения,
а потому -
лишь
вегетативное размножение). Жёлтым трутовиком уничтожен амери-канский зубчатый каштан.
Дальневосточными видами уничтожены аборигенные европейские:
бычком-ротаном - многие виды рыб;
енотовидной собакой - рябчики и тетерева.
Осушение малярийных болот
посаженными эвкалиптами
- в Абхазии,
затем
в Израиле.
Озеленение Москвы тополями.

На примерах интродукций видов (а их - множество) мы видим, что тот или иной интродуцент либо "очень скромно вписывается" в чужой природный биоценоз, либо разрушает его, либо истребляет какие-либо его автохтонные компоненты. Как известно и из экологии, и из общесистемных моделей, такое снижение биоразнообразия – всегда показатель снижения устойчивости. Случаев усиления устойчивости природных биоценозов при интродукциях нам не известно.
Теперь обратимся к предметам социальных надежд и страхов – к генной инженерии и клеточно-эмбриональному клонированию. По аналогии, мы видим - "что плохо для биоценозов, то хорошо для химер и трансгенов": "жизнеспособного монстра" - более живучего, чем его исходный природный прототип - транспозициями создать не удавалось; и чем они гетерологичнее, тем "монстр хилее". Этот принципиальный теоретический вывод, вытекающий из анализа истории биотранспозиций на "верхних" структурных уровнях, подтверждается эмпирической историей генных, клеточных и эмбриональных экспериментов: в сотнях тысяч работ по генной инженерии и экспериментальной биологии развития ещё не было создано ни одного "живучего монстра", способного вытеснить природный прототип из природной среды. Между тем, такие фантазии-фобии наводнили СМИ, пугая обывателей и порождая новые социально опасные мифы о наших коллегах-биологах – вновь представляя их маньяками, "убийцами в белых халатах".
До каких пор эти биотехнологии будут оставаться безопасными? Полагаю, что есть два источника потенциальной опасности. (1) Злоумышленное введение в генно-инженерные системы и/или конструирование генов с заведомо опасными свойствами (например, введение в них генов холерного токсина). К счастью, такие проекты подлежат социальному контролю. Возможно, они осуществляются в закрытых институтах тоталитарных стран, но с этим можно и нужно бороться. Кроме того, направленно конструировать гены новых белков, не существовавших в природе, пока ещё не умеют. (2). Создание новых, очень ёмких векторов, способных вмещать сложные сборные генные системы. Например, идёт работа над искусственной хромосомой человека (HAC). Этот вектор, создаваемый на основе У-хромосомы человека, сможет вмещать вставки длинами до 3.3 миллионов нуклеотидов - достаточные для размещения 2-3 тысяч генов. Непредсказуемость их взаимодействий растёт квази- экспоненциально относительно количеств генов в них, и с неясной зависимостью - в связи со взаимодействиями с геномом хозяина - человека. Однако такие векторы нужны: они перспективны для генотерапии полигенных наследственных болезней, составляющих до 20% всех известных болезней человека.
Безусловно, все биотехнологии должны быть "прозрачными" для публики, и биоэтические алармисты должны быть "начеку". Однако это требует и их биологической образованности. Увы, с последним дело обстоит отнюдь не удовлетворительно - и не только в нашем отечестве...
Надеюсь, предложенный здесь многоуровневый историко-семиотический подход к природным и создаваемым биосистемам будет востребован и коллегами, и преподавателями тех всех тех дисциплин, где есть многоуровневые системы, осмысление которых выходит на общенаучный уровень, и прочими любознательными читателями.
Отметим, что во многом он базируется на своеобразном – многоуровневом – когнитивном стиле отечественных биологов- теоретиков.
Можно предположить, что этот подход будет логически правомерным:
- в сферах интересов гуманитариев - для систем «личность-социум» (например, для ситуаций трудоустройства или иммиграции),
- в работе экономистов – при анализе и прогнозе интеграции новых экономических модулей в сложившиеся системы,
- для представителей точных и технических наук – в задачах техногенного синтеза блочно-модульных конструкций и механизмов а в будущем – в системах «человек-живое-машина».
       Так или иначе, - полагаю, феномены, проанализированные выше, вполне «созрели» и для серьёзного общенаучного дискурса, и для экстраполяций в социально-экономическом и экологическом аспектах, и для преподавания в высшей школе.

ЛИТЕРАТУРА

Берг Р.Л. Генетика и эволюция. Новосибирск, "Наука", 1993. С.262.
Воронцов Н.Н. Развитие эволюционных идей в биологии. Москва,
       «Прогресс-Традиция», 1999. См. часть IV.
Гилберт С. Биология развития. В 3-х т.т. Москва, Мир, 1994. (Пер.с
       англ.).
Еськов К.Ю. История Земли и жизни на ней. Москва, МИРОС,
       2000.
Исаев П.С., Мамчур Е.А. Концептуальные основания квантовой
       теории поля.//Успехи физических наук. 2000. Т.170. Вып.9.
       С.1025-1030.
Корогодин В.И., Корогодина В.Л. Информация как основа жизни. Дубна, Издательский центр “Феникс”, 2000.
Красилов В.А. Макроэволюция и эволюционный синтез.
       /Эволюция, экология, биоразнообразие. Материалы
       Конференции памяти Н.Н.Воронцова. Москва, УНЦ ДО РАН,
       2001. С.27-47.
Лозовский В.Н., Лозовский С.В. Моделирование объектов живой
       природы. Вестник РУДН, 2000.№ 5 (1-2). С.96-112.
Мантейфель П.А. Заметки натуралиста. М., Учпедгиз, 1961. Маргелис Л. Роль симбиоза в эволюции клеток. Москва, «Мир»,
       1983. (Пер. с англ.).
Месарович М., Мако Д., Такахара И. Теория иерархических многоуровневых систем. Москва, “Мир”, 1973. (Пер.с англ.).
Небел Б. Наука об окружающей среде. В 2 т.. Москва, "Мир", 1993.
Олескин А.В. Биополитика. Москва, Изд-во МГУ, 2001.
Развитие концепции структурных уровней в биологии. Москва,
       «Наука», 1972.
Седов А.Е. История геносистематики и её применения в
       филогенетике. Дисс. канд. И докт. биол. наук. Москва, ИИЕТ
       РАН, 1994.
Седов А.Е. Биоинформатика и биосемиотика: исторический
       путь от теории к практике. /Годичная научная конференция
       ИИЕТ РАН 2000 г.. Москва, ИИЕТ РАН, 2000. С.307-310.
Седов А.Е. Концепции А.А.Любищева и некоторые современные
       проблемы систематики и эволюции./ В сб. «Научное наследие
       Л.Я.Бляхера и его развитие на современном этапе». Москва,
       ИИЕТ РАН, 2001. С.133-140. (а).
Седов А.Е. Иерархические концепции и междисциплинарные связи
       генетики, запечатлённые в её метафорах: количественный и
       структурный анализ терминов и высказываний.//Науковедение,
2001. №1. С.135-154. (б).
Седов А.Е.Социальные аналогии в биологических системах. Чему
       гуманитарии могут поучиться у биологов. /Материалы
       Конференции памяти акад. Н.Н.Моисеева. Президиум РАН,
       ноябрь 2001 г. (В печати). (в).
Тимофеев-Ресовский Н.В. Некоторые проблемы радиационной
       биоценологии. Свердловск, 1962.
Чернавский Д.С. Синергетика и информация. Динамическая теория информации. Москва, Едиториал УРСС, 2004.
Эволюция генома. Под ред. Г.Доувера и Р.Флейвелла. Москва,
       "Мир", 1986. (Пер. с англ.).
Conceptual foundations of quantum field theory. (Materials of the
       International symposium at Boston University, March 1-3, 1996).
       Cambridge University Press, 1999.
Denton M. Evolution: Theory in Crisis. Bethesda (Maryland, USA).
       Adler&Adler Publ., Inc. 1986.
Finch C.F. Longevity, Senescence and the Genome. Chicago: Chicago
       Univ.Press, 1991.
Goodwin B.C. How the Leopard Changes its Spots. (The Evolution of
       Complexity). London: Weidenfeld & Nicolson, 1994.
Organisms, genes and evolution. Evolutionary theory at the crossroads.
       Proc. Of the 7th Intern. Senckenberg Conference. /D.S.Peters and
       M.Weingarten (Eds.). Stuttgart: Steiner, 2000.
Peters R.H. A Critique for Ecology. Cambridge: Cambridge Univ. Press,
       1991.
Rose R. Evolutionary Biology of Aging. Oxford: Oxford Univ. Press,
       1991.
Sedov A.E. Genes, cells, and societies: basic similarities among sign-
       interpreting systems. In: Commentationes in Honorem Thomas
       A.Sebeok Octogenarii. The Materials of Int,Conf.on Biosemiotics.
       Imatra (Finland), ISI, 2000. P.125-132.
Varmus H., Weinberg. Genes and the Biology of Cancer. New York:
       Scientific American Library, 1992.
Volkenstein M.V., Chernavskii D.S. Information and biology.
       //J.Social. Biol.Struct., 1978. No1. P.95-108.

Глава 11.

ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ЧАСТЕЙ И ЦЕЛОГО В АСПЕКТАХ ИСТОРИИ БИОЛОГИИ: ТИПЫ И ПРИМЕРЫ ВЗАИМООТНОШЕНИЙ БИОЛОГОВ С ВЛАСТЬЮ В СССР.
       
       И личности, и общества - это системы, способные осуществлять выбор и получать, запоминать и генерировать информацию. Поэтому, по Д.С.Чернавскому (Чернавский,2004), и те и другие являются информационными системами. Предложенный в предыдущей главе подход можно пытаться экстраполировать и на них. Ниже проводится попытка использовать этот подход для анализа истории жизни и деятельности нескольких выдающихся биологов в нашей стране советского периода. Личность того или иного выдающегося учёного, его нетривиальную когнитивную и эмоциональную сферу, предлагается рассматривать как элемент системы, а его научные коллективы и общество, в которых протекала его жизнь, - как два следующих структурных уровня организации когнитивно- психолого- социальной системы. Составленная на примерах биосистем таблица, предложенная в предыдущей главе, задаёт матрицу - классификацию всех возможных ситуаций и исходов при гетерологичных транспозициях. Теперь можно искать аналогии в обширной истории людей, включающей биографии тысяч учёных, - и шире, вообще ярких нетривиальных личностей: пророков и прочих харизматических лидеров, людей искусств и религий, путешественников, чемпионов, политиков, военачальников, преступников - в общем, всех достойных размещения в «Who is who». Да и «простые» «обывательские» биографии могут стать информативным материалом для такого анализа.
       Множество жизненных ситуаций, по сути очень близких к гетерологичным транспозициям, породила в нашей стране октябрьская революция 1917 г.. Для новых власти и системы именно интеллигенты, включая людей науки, были наиболее «гетерологичными». Одни из них сознательно физически переместились из социума России в другие системы - эмигрировали. Эти ситуации мы здесь почти не рассматриваем, хотя предложенная методология представляется плодотворной и для них: в целом эти исследования целесообразно проводить в странах иммиграции. Другие представители интеллигенции, оставшись на родине, тоже попали в совершенно новую семиосферу - в тоталитарную большевистскую социалистическую реальность. Массовыми явлениями её стали доносы, аресты, тюрьмы и зоны, смерти и исковерканные судьбы. Здесь то и дело возникали дилеммы: «прощай, совесть» или «прощай, свобода». Опираясь на данные современной молекулярной и клеточной биологии и генетики, мы показали, что тоталитарное общество подобно системе раковых клеток - как в нарушениях основ поведения своих элементов (соответственно, личностей и клеток), так и в общих сценариях патогенеза многих системных событий (см. ниже - Главу 14*). Из всех наук, в нашей стране наибольшие потери от тоталитарной системы понесла именно биология (и развитие научных знаний, и профессиональное сообщество), так как новая система была противоестественной - в стремлениях насильственно навязать свои догмы сначала истории своей страны и человечества, а затем и вообще законам живой природы. Она противоречила и нормальной физиологии (об этом свидетельствуют десятки миллионов несостоявшихся и уничтоженных жизней - демографический дефицит советского периода, более чем на 2/3 вызванный жизненными проблемами и преследованиями людей в мирные годы), и генетике (в значительной степени отсюда - отрицание самого факта наследственности - явления, не позволяющего «гвозди ... делать из этих людей»), и прочим аспектам жизни, в частности - жизни и миропонимания человека.
       Здесь мы кратко рассмотрим лишь пять биографий выдающихся отечественных биологов советского периода, как бы «пунктиром наметив ось», на которой размещаются эти пять «точек» - вариантов взаимоотношений с властью, от добровольного конформизма до активной борьбы с тоталитаризмом. При исследовании лишь известных учёных «за рамками» анализа остаются те, кому сохранить свои позиции в науке, а то и в социуме, и в жизни, власть не дала. Да и пяти «удавшихся» судеб статистически недостаточно для анализа такой «полной группы событий». Однако при этом подходе - ‘case studies’ - для общей картины информативен глубинный многоаспектный анализ каждой из единичных историй.
       У наших персонажей разные национальности, они - выходцы из разных социальных групп: по порядку рассказа - из семей российских немцев, русских аристократов и разночинцев, интеллигентных российских евреев. Объединяет их то, что они смогли творчески продуктивно прожить в сходных социальных средах - в научном сообществе биологов советского периода, - а также интенсивный и глубокий научный поиск: их работы явно относились к «переднему фронту» биологии 20 века. Более подробные варианты трёх из этих сюжетов автор этой книги написал и опубликовал ранее (Седов, 1997; Левина, Седов, 2000). Есть и более ранние публикации других авторов об этих биологах (см. список литературы в конце этой главы). Гораздо больше биографий отечественных биологов советского периода, включая биографии всех пяти персонажей данной главы, подробно рассмотрено С.Э Шнолем в его книге (С.Э.Шноль, 2001). Здесь, однако, будет сделан акцент именно на анализе вариантов взаимодействий «частей» (творческих личностей) с «целым» (социальным окружением, системой и властью).
       
       Алексей Николаевич Бах (1857-1946).
       Сын винодела, ставший основателем отечественной биохимии, академиком, - всю жизнь он отдал изучению и решению различных проблем голода и питания - сначала социальных (будучи экономистом и революционером-народником, он написал книгу «Царь Голод» и боролся именно с голодом), а затем биологических (до российской революции, в эмиграции, он сделал ряд фундаментальных работ, посвящённых сути процессов питания и потребления энергии в живых организмах - ключевых этапов брожения, дыхания и фотосинтеза, а затем в СССР организовал прикладные институты и направления работ, связанные в основном именно с пищевой промышленностью). Жизнь А.Н.Баха - это «три жизни в одной»: три совершенно различных периода, примерно по 30 лет каждый. Они таковы.
(1). Юноша-романтик, знавший несколько языков, игравший на скрипке, с 1875 г. - студент Киевского университета, душа студенческих компаний и политических протестов. В 1878 г. за политические протесты был исключён из университета и выслан на года в Белозерск. Вернувшись в Киев, стал активным народовольцем, постоянно странствовавшим на грани ареста с нелегальной агитацией и литературой - в Ярославле, Казани, Ростове, Петербурге, Москве. В 1883 г. написал книгу «Царь Голод», сразу же ставшую «бестселлером» революционной пропаганды.
(2). В 1885 г. - разгром народничества в стране; Бах тайно эмигрировал в Париж; там испытал тяжёлое - по его собственным словам, чуть не доведшее его до суицида! - потрясение от конфликтов между российскими политэмигрантами (см. автобиографическую книгу А.Н.Баха «Записки народовольца»). Но франко-русско-германское сообщество интеллигентов взяло Баха «на крыло» - и, реферируя научно-популярные публикации, он смог «подняться», нашёл спутницу жизни (тоже эмигрантку из России), создал под Женевой свой дом, а в нём - лабораторию. Там этот «Фауст из России» переборол тяжёлый туберкулёз, ушёл от навязчивой слежки российской «охранки» и осуществил все свои фундаментальные исследования. На все письма с родины вернуться и продолжить политическую борьбу он отвечал молчанием или отказами.
(3). Однако большевики сумели-таки сразу после своей победы - в октябре 1917 г. - вызвать Баха на родину. На этом его фундаментальные исследования кончились. Он стал академиком (без диплома о высшем образовании!), «основателем школы советских биохимиков» (формулировка из Большой Советской Энциклопедии) - организатором множества новых крупных институтов, лабораторий, научных коллективов. Все эти структуры создавались как строго прикладные - на пользу «народному хозяйству». И все собственные научные публикации Баха советского периода посвящены лишь прикладной биохимии - технологиям кожевенной промышленности, пивоварения, виноделия и т.п.. Стал он и «свадебным генералом от инфантерии» - борьбы с царизмом: старейшим депутатом Верховного Совета, открывшим её сессию в 1937 г. (!..), лауреатом Сталинской премии (в 1941 г.), Героем Социалистического Труда (в 1945 г.). Подписи Баха есть на документах, которые в контексте террора, развёрнутого властью против интеллигенции, по сути были приговорами; в частности, он участвовал в преследованиях Н.К.Кольцова (см. Шноль, 2001, с.161-162). Нравственную трансформацию А.Н.Баха после репатриации, на фоне социального взлёта, можно сравнить с подобными событиями в конце жизни А.М.Горького и А.Н.Толстого. Большевики умели-таки мастерски прельщать.
       Примечательно, что редакция газеты «Первое сентября. Биология.», напечатав две мои большие статьи о Б.Л.Астаурове и А.Н.Белозерском (Седов, 1997, а, б), статью об А.Н.Бахе печатать отказалась - потому, что Бах был «слишком советским”. А ведь именно этот «взлёт-слом» судьбы А.Н.Баха так психологически интересен! Следует добавить, что, хотя А.Н.Бах не упомянут в большинстве зарубежных энциклопедий, несколько лет назад в Швейцарии на Женевском озере состоялась большая международная конференция, посвящённая его памяти. Значит, зарубежные биохимики тоже помнят и ценят научный вклад А.Н.Баха - вне зависимости от его политических взглядов и нравственных изменений.
       Эта биография - явный пример того, как даже у яркой, самобытной и волевой творческой личности смены окружающих социальных сред (революционно настроенное студенчество => западноевропейское и эмигрантское научное сообщество => управляющие организацией научно-промышленных работ советские властные структуры) могут быть связаны с полными сменами и образов жизни, и направлений и стилей работы, и ценностной ориентации личности. При этом, однако, можно выявить сохранявшийся «глубинный вектор» - «пищевые тематики».

Андрей Николаевич Белозерский (1905-1972)
       А.Н. Белозерский - академик, профессор, заведующий кафедрами биохимии растений (c 1974 г. это кафедра молекулярной биологии) и вирусологии биологического факультета МГУ, автор фундаментальных открытий в области анализа общих структур и функций ДНК и РНК, один из основателей отечественной школы молекулярной биологии, выдающийся педагог высшей школы и организатор науки. Его позицией в отношении власти были полное отдаление от её социальных деяний и предельная аполитичность.
       Аристократ крови (из рода Белосельских-Белозерских), он рано лишился родителей и начал жизненный путь в Средней Азии - отнюдь не в «дворянском гнезде», а в скромных условиях в семье родственников. В Среднеазиатский государственный университет (САГУ), куда Белозерский поступил в 1921 г., новая власть слала сильнейших профессоров, дабы обрести поддержку и доверие в провинциях. В результате Белозерский получил хорошее биологическое образование. Приехав затем в Москву, в МГУ, он познакомился там с А.Р. Кизелем, стал его учеником и вместе с ним основал кафедру биохимии растений. Здесь в течение ряда лет он сумел впервые доказать, что ДНК и РНК есть в клетках и животных, и растений, и бактерий. Началась война; МГУ был эвакуирован, в эвакуации был и Белозерский. В 1942 г. был арестован, а в 1948 г. умер в тюрьме А.Р.Кизель. Белозерский рассказывал своим родным и близким, что фашисты при отступлении от Москвы бросили документы, в которых прочили Кизелю - этническому немцу - пост ректора МГУ. Учитывая как известные планы Гитлера полностью уничтожить Москву, так и немецкую щепетильность в отношении любых документов, -достоверность этих слухов весьма сомнительна; возможно, эту «легенду» сочинили в НКВД для знавших Кизеля. Мы никогда не узнаем, что творилось в душе Белозерского, когда его учитель лишился свободы, а затем и жизни: по рассказам родственников Андрея Николаевича, он был человеком крайне сдержанным и даже с ними никакими переживаниями не делился. В 1943 г. в военной Москве он защитил докторскую диссертацию и стал глубоко заниматься нуклеиновыми кислотами - одним из немногих в мире пророчески понимая их базовую роль в феномене жизни. Не будем здесь обсуждать суть его научных открытий (о них - см. Седов, 1997; Левина, Седов, 2000), а сконцентрируемся на социальном портрете в отношении к власти. С 1943 г. Белозерский был профессором на выше названной кафедре, созданной им и Кизелем; в 1946 г. он организовал лабораторию антибиотиков в Институте биохимии им. А.Н.Баха (именно того, о котором написано выше) АН СССР; с 1947 г. он стал консультантом Института эпидемиологии и микробиологии им. Н.Ф.Гамалеи АМН СССР, активно участвовал в исследованиях иммуногенных свойств кишечных бактерий. В те годы не случайно всячески стимулировались исследования бактерий: именно их применение - ключ ко многим задачам пищевой, медицинской и военной промышленности. Доминировало последнее: судя по архивным документам, в послевоенном отечестве - голодном и поражённом многими инфекционными болезнями - «реанимация» генетики и развитие новых направлений биологии были нужны власти не для борьбы с этими бедами, а для так называемой «обороны» (Левина, Седов, 2000, с. 493-494) - как известно, немало послужившей для агрессии.
       В последние годы личность Белозерского стала предметом серьёзной полемики. В 1994-95 г. мы с его племянником, доктором химических наук А.Н.Шаминым, написали статью о Белозерском и его школе в журнал «History and Philosophy of Life Sciences». Ответ рецензента нас изумил: своими вопросами по нашему тексту он стремился начать настоящее следствие - явно считая a priori, что А.Н.Белозерский, будучи выдающимся биологом и занимая высокие научные посты в самые мрачные советские годы, просто не мог не быть подлецом - доносчиком и коллаборационистом. Вскоре после получения этой рецензии ученик Белозерского, академик РАЕН профессор А.С.Антонов, предложил мне подготовить доклад о Белозерском, чтобы открыть им Международную Конференцию его памяти в МГУ в декабре 1995 г.. Тогда я «провёл следствие» в соответствии с вопросами рецензента: перечитал все работы Белозерского и всё написанное о нём, провёл беседы с записью на диктофон со всеми его учениками, жившими в Москве, с его родственниками...
       В книге В.Сойфера «Власть и наука» Белозерский представлен как «придворный академик», сразу же после сессии ВАСХНИЛ 1948 г. своими опытами чуть ли не вторивший абсурдным «идеям народного академика» Т.Д.Лысенко. Однако анализ названных В.Сойфером работ Белозерского показал, что эта оценка тенденциозна и логически неверна. Дело в том, что в конце 1940-х гг. Белозерский с соавторами показали, что ГЦ-состав ДНК у разных штаммов пневмококков варьирует. Из этого, однако, вовсе не следует выводов, сделанных Сойфером: эти факты не свидетельствовали об отсутствии наследственной информации в ДНК, столь желанном для Лысенко и иже с ним: сейчас понятно, что такую картину могли дать дупликации, транспозоны и/или плазмиды в этих бактериях. Это уже вполне мог ретроспективно понять и сам Сойфер - на базе знаний конца 1980-х гг., когда он писал свою книгу. По мнению одного из учеников Белозерского, профессора Б.Ф.Ванюшина, - по педантичности, тщательности и скрупулёзности созданных им методик, полученных результатов и сделанных выводов, его учитель был в методическом отношении «классическим немцем» - недаром же они с А.Р.Кизелем нашли друг друга и именно Белозерский стал любимым учеником Кизеля. Эти результаты были просто честно полученными эмпирическими фактами, без каких-либо лысенкоистских выводов. Напротив, - по рассказам многих его учеников, уже с конца 1940-х гг. на своих лекциях, семинарах и практикумах Белозерский умело пользовался невежеством «Лысенко и Ко»: заменив эвфемизмами в своём лексиконе «запретные» ключевые слова «гены», «хромосомы», «наследственность», он рассказывал ученикам о новейших тогда экспериментальных доказательствах наследственной роли ДНК, фактически преподавая основы молекулярной генетики in statu nascendi - в годы, самые мрачные для генетики в СССР (1948-1964).
       Рецензент спросил нас, был ли Белозерский членом КПСС? - Нет, не был. Более того, - ни на одном из коллективных «погромно-разгромных» писем со списками подписей многих академиков, которые «спускал» ЦК КПСС в АН СССР для шельмования таких замечательных людей, как А.Д.Сахаров, подписей Белозерского нет. Он скрывался ото всех этих «коллективных» акций, «окопавшись» в лабораториях: белый халат как бы становился его бронёй, а хитросплетения колб и приборов - брустверами. Анализ личности Белозерского создаёт портрет задумчивого, углублённого в проблемы исследователя, «капитана эскадры»: двух кафедр на Биологическом факультете МГУ, ряда лабораторий в других институтах, а в 1965-72 гг. ещё и своего «флагмана» - лабораторного корпуса «А», или «молекулярного корпуса» (теперь имеющего название “НИИ физико-химической биологии им. А.Н.Белозерского при МГУ”). Этим «корпусом» правило «вече» - научно-технический совет, по понедельникам решавший все вопросы этой организации; на нём начальник «корпуса» А.Н.Белозерский всегда занимал совещательную позицию - не «монарха», а лишь «одного из малых сих». Досуг его был красивым и одиноким: очень любя жену и детей, он всё же предпочитал собирать грибы один, смотреть классический балет... Вероятно, так было легче нести бремя огромной ответственности за коллег и учеников, судьбы которых нередко бывали нелегкими.
       Ни прижизненных врагов, ни явных недоброжелателей Белозерского мне обнаружить не удалось. Любые попытки доносительства среди коллег, в те годы поощрявшегося «свыше», он решительно пресекал сам. Так что наш рецензент оказался «большим роялистом, чем сам король, и большим католиком, чем сам Папа»: судя по отзывам всех знавших Белозерского, он был нравственно чист. Наши коллеги - историки науки, лично знающие В.Сойфера и видевшие ту рецензию, утверждают, что написана она его почерком. (Вот до чего могут довести историка науки «исследовательски-следственные действия» - даже до графологической экспертизы!). Прочитанная мною в детстве прекрасная книга В.Сойфера «Арифметика наследственности» была одной из приведших меня в генетику. Достойна уважения его открытая непримиримость к отечественному тоталитаризму. Но в отношении Белозерского он явно ошибся. И тогда, в 1995 г., незадолго до упомянутой выше Конференции «Ad Memoriam», очередной научно-технический совет «корпуса А» - около сотни коллег - выслушав мой предварительный доклад о Белозерском, «раскололся надвое». Одни были возмущены самим фактом моего «расследования» - утверждая, что их Учитель был так высок и чист, что подозрения рецензента вообще не достойны никаких изысканий и обсуждений. Другие - благодарили меня за честное беспристрастное исследование, которое освещает «тёмные» места в светлой биографии достойнейшего человека и учёного, пресекая этим напрасные подозрения. Так или иначе, - сообща мы решили, что открывать мемориальную конференцию остро полемическим докладом не следует. Тут из США вернулся ещё один из ближайших учеников Белозерского - академик А.С.Спирин. Он и открыл эту Конференцию докладом о своём учителе.
       В контексте нашего подхода, - и в научном, и в человеческом планах всё, что удалось выяснить о личности А.Н.Белозерского, - это удивительный пример абсолютной резистентности жизненного пути крупного учёного к советской социальной системе. Он сумел не только быть к ней абсолютно лояльным, но и занимать высокие административные посты, постоянно, эффективно и творчески делая своё дело. Похоже, что на его жизненный путь не влияли ни общий социально-идеологический климат в стране, ни давление власти на людей науки, особенно сильное именно в те годы и именно в очень близкой Белозерскому области - изучении наследственности. Вероятно, в другой стране, с совершенно иной социальной историей, он прошёл бы почти такой же путь - и когнитивный, и социальный. При этом, судя по всему, Белозерский сумел прожить без нравственных компромиссов - избежав конформизма посредством умелой аполитичности. Когнитивные высота, глубина и независимость учёного были достигнуты «глухой защитой» социальной личности - «элемент» смог быть абсолютно устойчивым к потенциально вредоносным свойствам «системы», «экранируясь» от её социально-политических аспектов. По-видимому, роль «защитных покровов» выполняли социальные структуры уровня, ближайшего к личностно-психологическому: та - тоже вполне аполитичная - научная микросреда, которую выбирал и формировал Белозерский из коллег, сотрудников и учеников, - ближний круг, в котором он постоянно и интенсивно жил проблемами науки.

Роман Бениаминович Хесин (Лурье) (1922-1985).
       Вся жизнь Р.Б.Хесина - создателя отечественной школы молекулярной генетики - пришлась на советский период. Он тоже был абсолютно лоялен к той политической системе и крайне далёк от социальной борьбы. В конце своей жизни он занимал немалые позиции - был членом-корреспондентом АН СССР и заведующим лабораторией молекулярных основ генетики ИМГ АН СССР. И, тем не менее, в отличие от жизней обоих описанных выше наших коллег, его судьба была полна подвигов, тяжёлых потрясений, абсурдных жестоких репрессий, безответно-мужественного противостояния им истовой научной работой и виртуозных исследований. Вопреки злу и бедам, он тоже сумел сделать очень многое, ни в чём не изменив ни себе, ни науке.
       Сын известного врача, ученик выдающегося генетика А.С.Серебровского, руководитель студенческого кружка на кафедре генетики Биологического факультета МГУ, - в самом начале войны он пошёл добровольцем в истребительный батальон. В боях под Можайском он был контужен, после госпиталя снова ушёл на фронт, в боях подо Ржевом вновь получил ранение - очень тяжёлое - и вернулся к учёбе. В 1947 г., за год до знаменитой позорной сессии ВАСХНИЛ, он активно участвовал в организации и проведении на Биофаке МГУ конференции по генетике. В эти годы он сделал своё первое фундаментальное открытие (см. Седов, 1997; Левина. Седов, 2000, с. 513) и защитил кандидатскую диссертацию. Её утверждение в ВАК «успело» произойти буквально за несколько дней до сессии ВАСХНИЛ, во время которой Хесин был в экспедиции. Вернувшись, он узнал, что уволен. Не «покаявшись», как сделали многие, он ушёл с «родного пепелища» генетики в Институт биоорганической и медицинской химии АМН СССР - в лабораторию химии тканей, возглавлявшуюся профессором С.Я.Капланским. Вскоре в АМН пришёл приказ «сверху», запрещавший «нераскаявшимся» генетикам любую научную работу. И Хесина, кандидата наук, перевели в лаборанты. Однако Капланский на свой страх и риск освободил его от лаборантских обязанностей и обеспечил ему возможность заниматься собственными исследованиями. И Хесин вскоре оправдал доверие - доказав экспериментально, что изолированные субклеточные компоненты печени и поджелудочной железы способны синтезировать ферменты и другие белки. В 1952 г. эти результаты были представлены на конференциях как одно из наивысших достижений всего института. Но и это не спасло Хесина - на сей раз от советских властных антисемитов: в марте 1953 г., на фоне бурной общегосударственной кампании против «безродных космополитов», из этого института были уволены 26 сотрудников - евреев и тех, у кого евреем был хотя бы один из родителей. Так, - Капланскому, только что вышедшему из больницы после инфаркта,
приказ об его увольнении поспешили привезти прямо домой. После смерти Сталина, с 4 апреля, эти увольнения были отменены. Но Хесина не «помиловали»: против него были могущественные академики АМН. Наступила безработица. Руку помощи протянул литовский коллега - ректор Каунасского медицинского института Янушкевичус: он предложил Хесину заведовать кафедрой биохимии. Страдая тяжёлой язвенной болезнью, Хесин с блеском завершил работу над докторской диссертацией и уехал в Каунас. Там, в Литве, он проработал 3 года.
       В те годы, на фоне антигенетических репрессий и засилья лысенковцев, последовавшего до 1964 г., одна область генетики в СССР всё же «теплилась». Это была радиационная генетика: после взрывов американских атомных бомб в Хиросиме и Нагасаки, создания и испытаний отечественных атомных бомб, игнорировать её факты кремлёвские властители не могли и боялись. И Хесин с 1956 г. стал заведовать группой в лаборатории радиационной генетики Института биофизики АН СССР. В 1959 г. он перешёл в Институт атомной энергии, где был создан радиобиологический отдел. По сути, этот отдел был ведущей в СССР лабораторией по молекулярной генетике.
       «Гриф» секретности - бессмысленный, тормозивший работу и вызывавший враждебное недоверие зарубежных коллег - потенциальных консультантов, оппонентов и сотрудников - лежал на этом отделе 20 лет - все те годы, когда по сути он уже был целым институтом, выполнявшим исследования мирового уровня, тематически далекие от военных и государственных тайн. Лишь в 1978 г. он был переименован в Институт молекулярной генетики Академии Наук и, наконец, приобрёл статус открытого учреждения. А в 1979 г. Хесина постигла тяжёлая болезнь. И тогда он написал свой предсмертный Opus Magnum, замечательную книгу «Непостоянство генома» - огромную обзорно-аналитическую монографию, посвящённую анализу и фундаментальному осмыслению всех известных к тому времени феноменов нестабильности разнообразных генетических элементов. При этом Хесин руководил исследованиями тех природных изолятов в СССР, в которых были найдены транспозоны устойчивости бактерий к солям ртути...
       Не будем здесь рассматривать суть научных открытий Р.Б.Хесина - они описаны в нашей статье (Левина, Седов, 2000). Немного мне довелось общаться с самим Романом Бениаминовичем, когда он читал нам лекции на Биофаке МГУ. Но я знаком с нашими коллегами - как его сверстниками, так и учениками, горячо любившими его. Они рассказывали мне, что «шеф» был предельно строг и к себе и к коллегам, требуя истового служения науке. Его энтузиазм был неисчерпаем, работоспособность - поразительна: даже в годы безработицы, голода и язвенной болезни он безвозмездно работал без выходных, по 15-17 часов в сутки. Идеи его были воодушевляющими, а методы и эксперименты - виртуозными. Учеников у Р.Б.Хесина - гораздо меньше, чем у А.Н.Белозерского: годами он подвергался гонениям, затем руководил лишь одной небольшой лабораторией - да и то в «ящике», читал лекции на Биофаке МГУ - да и то лишь эпизодические... Однако работы Р.Б.Хесина и его учеников оригинальны, ювелирны и фундаментальны. Школа Хесина плодотворна: многие его ученики - выдающиеся современные генетики и молекулярные биологи, работающие и преподающие в лучших лабораториях и университетах мира.
       Биография Р.Б.Хесина показывает: для того, чтобы подвергаться гонениям, тогда достаточно было лишь оставаться честным и продуктивным исследователем, и даже в таких условиях эта сильная личность смогла осуществлять значительные исследовательские и жизненные программы. Здесь агрессивное вредоносное «целое» оказалось бессильным подавить собственную жизненную линию своей «части». Мы никак не можем, однако, “поставить контроль” - определить, что мог бы ещё успеть совершить в науке тот же самый человек, если бы его не подвергали всему этому бессмысленному жестокому прессингу. Очевидно, и здесь роль «защитного слоя» играл следующий структурный уровень системы - «ближний круг»: верные коллеги и ученики.
       
Борис Львович Астауров (1904-1974).
Б.Л.Астауров - академик, генетик (цито- и феногенетик), один из основателей теоретического и экспериментального подходов в биологии развития, создатель промышленных технологий шелководства. Пройдя почти весь жизненный путь без конфликтов с властью, он всё же «не смог иначе» - и потому ушёл из жизни...
       Родился Б.Л.Астауров в Москве. Родители его были высокообразованными врачами, окончившими по два университета: мать - во Франции, включая Сорбонну, отец - Московский и Казанский университеты. Учителями Астаурова в МГУ были великий цитолог и генетик Н.К.Кольцов, зоологи -морфологи и эволюционисты А.Н.Северцов и М.А.Мензбир, гистолог и эмбриолог Н.В.Богоявленский. Среди его сокурсников и товарищей студенческих лет были те, кто впоследствии стал гордостью отечественной биологии: Н.К.Беляев, В.В.Сахаров, Е.И.Балкашина, Н.В. Тимофеев-Ресовский, Л.В.Крушинский и другие. Астауров сразу же стал специализироваться по генетике животных. В 1927 г., окончив МГУ, он стал аспирантом Института экспериментальной биологии (ИЭБ), одновременно работая научным сотрудником в Комиссии по изучению природных ресурсов (КЕПСАН СССР). В «ближнем круге» Астаурова были Н.К.Кольцов, С.С.Четвериков, Д.П.Филатов, А.С.Серебровский.
       В молодости Астауров не раз бывал в экспедициях - в Хибинах, Казахстане, Западных Каракумах. Там он изучал и насекомых, и скрещивания между одно- и двугорбыми верблюдами. Однако его основные и изначальные научные интересы, исследования и публикации были посвящены проблемам, и в наши дни остающимся ключевыми в биологии развития. Это - генетические основы различных форм симметрии тел животных, включая метамерию, - регуляция сегментации (и её атавизмы - например, мутации у дрозофилы, приводящие к развитию лишней пары крыльев) и развития симметричных признаков в правой и левой половинах тела. Эти темы лежат в контексте, 40 лет спустя ставшем лейтмотивом монографии великого генетика, эмбриолога и биолога-теоретика К.Уоддингтона «Морфогенез и генетика», а в наши дни породившем «бум» - изучение гомеозисных генов, кодирующих планы строения всех многоклеточных организмов и потому связанных с их морфологической эволюцией. Однако эти фундаментальные исследования Астауров вскоре оставил - вероятно - потому, что тогда они ещё не имели прикладного значения и из-за этого не могли стать плановыми научными темами в контексте советской биологии тех лет, ориентированной на решения практических хозяйственных задач.
       В 1930 г. он окончил аспирантуру и уехал в Ташкент, в Институт шелководства (САНИИШ). Там его работы приобрели чётко прагматическую направленность - «во благо советской шёлковой промышлености». С тех пор, увы, генетические причины сегментации и симметрии Астауров больше не исследовал. Кто знает, как далеко шагнула бы биология развития, если бы не потребность советской страны в шёлке?
       Однако, к счастью для биологии, тутовый шелкопряд оказался не только практически полезным, но и хорошим модельным объектом для других фундаментальных исследований. Астауров вывел его внутривидовые межпородные гибриды, получил мутации рентгеновским облучением, изучил на нём бесполое размножение (партеногенез) - как естественный (гиногенез - без самцов), так и индуцируемый облучением (андрогенез - без самок). В 1936 г. он возвратился в Москву, в ИЭБ, который вскоре вошёл в состав АН СССР и был переименован в Институт цитологии, гистологии и эмбриологии (ИЦГЭ АН СССР). За работу «Искусственный партеногенез у тутового шелкопряда» в 1939 г. Астауров получил степень доктора биологических наук, а в 1944 г. - звание профессора.
       После позорной сессии ВАСХНИЛ 1948 г. ИЦГЭ и Институт эволюционной морфологии им. А.Н.Северцова были слиты в один общий Институт морфологии животных АН СССР. При этом исследовательские группы генетиков были расформированы, однако небольшая группа цитогенетиков во главе с Астауровым удивительным образом сохранилась. Её спасло невежество лысенковцев: формально Астауров считался уже не генетиком, а цитологом, а потому его группа относилась не к отделу генетики, которым руководил Н.П.Дубинин и который был разгромлен. А ведь все сделанные к тому времени работы самого Астаурова были буквально пронизаны «вейсманизмом-менделизмом-морганизмом»! («Эх, недоглядели-недобили!» - Ю.Ким). Спасти Астаурова и его работы помог и директор ИМЖ, профессор Г.К.Хрущов, цитолог и гистолог.
       В 1955 г. руководимая Астауровым группа оформилась в лабораторию экспериментальной эмбриологии им. Д.П.Филатова, и ученики Астаурова тех лет внесли затем огромный вклад в биологию развития в нашей стране. В 1956 г. Астауров был избран членом-корреспондентом и в 1958 г. - академиком АН СССР, а также первым президентом Всесоюзного общества генетиков и селекционеров им. Н.И.Вавилова (ВОГиС). В 1967 г. по инициативе Астаурова два названых выше слитых академических института вновь разделились - на ИЭМЭЖ и ИБР; директором последнего стал Астауров. К нему пришли работать известные генетики - ученики Н.К.Кольцова, как и он сам. В 1970 г. Астауров основал академический журнал «Онтогенез», организовал и возглавил создание серии монографий «Проблемы биологии развития», ныне насчитывающей свыше 20 книг. В 1967 г. он получил золотую медаль имени И.И.Мечникова за исследования в области экспериментальной генетики и биологии развития (на шелкопряде), а также Ломоносовскую премию за замечательный научно-популярный кинофильм «В глубины живого», в создании которого приняли участие многие лучшие генетики нашей страны. (Этот фильм сейчас я использую на своих лекциях для учителей биологии в МИПКРО и МИОО, сопровождая его современными комментариями). Здесь мы лишь кратко перечислим темы экспериментальных работ, выполненных Астауровым на шелкопряде. Это доказательство роли ядра в передаче наследственных признаков потомству (с помощью партеногенеза), кратные изменения наборов хромосом живых особей, избирательное получение бабочек желательного пола (лишь самцов или же лишь самок), их межвидовая гибридизация. Работы эти логически изысканны, технически ювелирны, а сделанные самим их автором иллюстрации напоминают лучшие образцы натуралистической графики.
       Велик и вклад Астаурова в развитие теоретической биологии. Он показал, что в развитии организма признаки формируются под действием трёх групп факторов: наследственности, среды и случайности. Логически выделив и проанализировав несколько групп признаков: морфологические, физиологические, неврологические, поведенческие, - он писал, что этим трём типам факторов подвластны также инстинкты, возбудимость, темперамент, ум, память, склонность к тому или иному виду деятельности, способности и таланты, общие черты характеров и особенности эмоциональных реакций. Написанный им труд «Homo sapiens et humanus...» во многом созвучен работам В.П.Эфроимсона (о котором пойдёт речь ниже). Под редакцией Астаурова и с его предисловием в 1970 г. была переведена с английского языка и опубликована книга «На пути к теоретической биологии» - материалы первой из серии уникальных междисциплинарных международных конференций, проведенных по инициативе и под руководством К.Уоддингтона. Астауров выделил 10 крупных блоков, из которых должно слагаться «здание» теоретической биологии, начиная с химического субстрата жизни и кончая феноменами поведения, чувств и разума. Он пытался связать в единое целое все эти блоки, связав их в единое целое - включая теорию мутагенеза, теорию гена, теорию наследственности, теорию эволюции...
       Как складывались отношения Астаурова с властью? Он был нужен, лоялен, аполитичен, а также прибылен и престижен. Разгром отечественной генетики в 1948 г. чудом не коснулся его; не было его и среди «раскаявшихся». Однако в конфликт с обскуратизмом власти Астауров всё-таки вступил. В 1970 г. власть применила «карательную медицину» - репрессивную психиатрию - к замечательному генетику развития, беспристрастному историку генетики и вследствие этого диссиденту - Ж.А.Медведеву. Его насильственно поместили в калужскую психиатрическую больницу. И тогда Астауров один, никого об этом не предупредив, поехал в эту клинику, беседовал с главврачом, ведя за тело и душу Ж.А.Медведева «бой в одиночку», а, вернувшись (что отнюдь не гарантировалось), собрал коллег-сотрудников, рассказал им об этой поездке и призвал к участию в защите Ж.Медведева. При Астаурове именно ИБР был очагом научного творчества и свободомыслия; помню, как в 1970 г., ещё школьником, я посещал в нём цикл лекций по феногенетике, который прочитал наш великий генетик, эволюционист и биолог-теоретик, человек огромной внутренней свободы, наш «зубр» - Н.В. Тимофеев-Ресовский; помню его жаркую ироничную полемику с лысенковцами в зале... И именно в противостоянии силам зла Астауров «за всё хорошее» был буквально убит. В 1974 г. один из сотрудников его института, ИБР АН СССР, поехал на международную конференцию и остался за границей, попросив там политического убежища. В ответ власти обрушили град репрессий на ИБР и на многие другие московские институты АН СССР. Директора ИБР - Бориса Львовича Астаурова - вызвали «на ковёр» в райком КПСС, «пасший» эти институты. Вернулся он оттуда крайне подавленным, а через две недели умер: сердце не выдержало!..
       Не примере этой биографии мы видим, что даже многолетняя творчески продуктивная интеграция выдающегося и вполне аполитичного, но нравственного учёного в тоталитарную систему может вовсе не быть устойчивой - кризис может быть внезапным и фатальным. Возможно, эту ситуацию можно экстраполировать и на биосистемы, ища аналоги - в предыдущей главе таких примеров нет. Была в этой судьбе и другая ситуация потенциальной неустойчивости, когда от распределения исследовательских групп в отделы по изначально нейтральному и даже, как мы видели, формальному признаку - «генетика / не генетика» - зависело, быть или не быть им в дальнейшем с в 1948 года. Если бы группа Астаурова официально считалась генетической и была расформирована, то, возможно, его научная судьба была бы совсем иной - подобной либо описанной выше судьбе Р.Б.Хесина, либо, - учитывая линию поведения Астаурова в социальных событиях в конце его жизни, - описанной ниже судьбе В.П.Эфроимсона. В биографии Астаурова нам не известно нравственных компромиссов, однако заметен один «когнитивно-адаптивный»: переход в 1930 г. от фундаментальных генетических проблем симметрии в морфогенезе к прикладным, связанным с шелководством, - как того требовало «целое» от своих «частей». Сравнив ранние работы Астаурова в первом направлении с современными исследованиями по генетике морфогенеза, полагаю, что он мог бы совершить фундаментальные открытия не менее, а то и более впечатляющие, чем совершённые им во втором. Однако исследовать обе этих бифуркации невозможно: история, включая научные биографии, развивается без «контрольных экспериментов» - сослагательного наклонения и альтернативных параллельных сюжетов. Очевидно, немалую роль и в этой судьбе играл уровень микросоциума - «защитного слоя» коллег и сотрудников-учеников. Однако власть «пробила» эту защиту, и финал стал трагическим.
       
Владимир Павлович Эфроимсон (1899-1989).
       В.П. Эфроимсон сделал очень многое для возрождения отечественной медицинской генетики после её многолетнего подавления лысенковцами, для формирования представлений о роли биохимико-генетических процессов в высших формах поведения человека. По сути, всю свою долгую жизнь он был неустанным и бескомпромиссным бойцом за гены, душу и разум. Именно те сферы генетических знаний, которым посвятил жизнь Эфроимсон, лежат на пересечении ключевых биологических и гуманитарных проблем - наследственного предопределения психики, личной и социальной свободы, осознанного выбора поведения. Поэтому с ранних лет советской власти именно занимавшиеся ими биологи вызывали особые подозрения у блюстителей идеологических догм. Даже преданных большевизму генетиков человека обычно обвиняли в фашистских взглядах - в том числе и в годы «пламенной дружбы» СССР с фашистской Германией! - нередко расстреливали или ссылали на верную гибель. Эфроимсон выжил. И, по-рыцарски отважно и благородно, делал самое трудное - логично доказывал сопоставлениями множества исследовательских данных генетики, биохимии, медицины, истории и психологии, что генетические основы имеют работа мозга, этика, альтруизм, чувство прекрасного, гениальность в различных творческих сферах..
       Жизненный путь Эфроимсона - это война с различными проявлениями подавления человеческой свободы, интеллекта и духа. В войну он участвовал во многих тяжёлых сражениях с фашистскими войсками; после войны - всегда протестовал против насилия; За свои профессиональные генетические исследования он отбыл два срока в лагере. Эфроимсон активно выступал - устно и письменно - против мракобесия во время сессии ВАСХНИЛ 1948 г. и после неё, против «идей» Т.Д.Лысенко и его свиты. На этой сессии он был готов выступить с обличительной речью. Но его жена, верная мудрая соратница, сказала ему, что он - бывший заключённый, безработный, еврей - самим своим участием может только ухудшить положение своих коллег. И Эфроимсон там не выступил, однако послал несколько бесстрашных писем в самые «верха», в которых гневные обличения деятельности Лысенко и его сторонников сочетались с профессиональными доказательствами их полной научной несостоятельности. С начала 1960-х гг. во многом благодаря работам Эфроимсона в нашей стране началась «реанимация» медицинской генетики и генетики человека в целом: по этой дисциплине он первый создал монографии и учебники, читал курсы лекций для студентов-медиков. В отличие от описанных выше биологов, Эфроимсон - тоже доктор биологических наук - не занимал высоких официальных позиций, так как постоянно подвергался социальному прессингу. Долгие годы он был безработным, затем работал всего лишь референтом в ВИНИТИ. И при этом, лишённый исследовательской технической базы, он вёл непрерывную интенсивную научно-аналитическую работу, результатом которой были большие статьи. Его работа «Родословная альтруизма» в конце 1960-х гг., опубликованная в журнале «Новый мир», была большим событием в интеллектуальной жизни мыслящей интеллигенции (помню, как при мне - тогда ещё юноше - эту работу горячо обсуждали на «московских кухнях»). Владимир Павлович был противником узаконенных правонарушений со стороны власти; активно участвуя в диссидентском движении, он собрал и распространял множество произведений Самиздата... Работы Эфроимсона, изданные недавно в виде книг - «Генетика этики и эстетики», «Гениальность и генетика» - это плоды глубокого и всестороннего анализа самых высших проявлений психики человека с позиций генетики, с применением обширных исторических и психологических знаний. За тридцать с лишним лет, прошедших со времени их написания, изучение биологических основ психики прошло огромный путь, и теперь эти интеллектуально смелые аналитические обобщения - своего рода классика как теоретической генетики, так и психологии. Объём этой главы не позволяет детально описать эту замечательную, полную борьбы и, те не менее, продолжительную жизнь. Недавно она была прекрасно описана его и нашей хорошей знакомой и коллегой, находившейся рядом с Владимиром Павловичем буквально до его смерти, а затем подготовившей к изданию книгу «Гениальность и генетика» (Кешман, 1998).
       Насколько для анализа систем «учёный-сообщество-власть» можно экстраполировать матрицу, предложенную в предыдущей главе в виде таблицы для биосистем? Пять рассмотренных биографий - это лишь пять точек в огромной «матрице биографий», которую могут заполнить будущие исследования. Надеюсь, что предложенный в предыдущей и этой главах подход будет полезен. У биографического подхода к анализу проблем «часть-целое» есть как преимущества, так и недостатки перед биологическим, описанным в предыдущей главе. С одной стороны, как неоднократно было отмечено выше в этой главе, - в истории невозможно ставить эксперименты - в частности, контрольные - для выяснения того, «что было бы, если бы...»: история не знает параллельных альтернативных сюжетов и сослагательного наклонения. Кроме того, личность - и в когнитивном, и в социальном аспектах - нельзя полностью «выделить» (даже мысленно) из социальной среды - той, в которой она формировалась, и той, которую формировала она сама. По этим причинам, в отличие от генно-инженерных и клеточно-эмбриологических экспериментов, здесь никак нельзя тестировать часть, заменяя целое, или, напротив, - целое, заменяя часть. История, включая выдающиеся биографии, - область не планируемых манипуляций, а выводов post factum, отчасти напоминающих анализ экологических последствий интродукций видов (см. предыдущую главу). Однако в таких «case studies’ можно весьма детально проследить цепочки причин и следствий: во многом события в биографиях - «прозрачнее» для исследователей, чем события в клетках, организмах и биоценозах. Поэтому, надеюсь, материалы и подходы, изложенные в предыдущей и этой главах, при всей необычности таких сравнений, могут послужить для перекрёстных междисциплинарных аналогий, продуктивных для дальнейших исследований проблем как самой биологии, так и истории биологов и вообще людей науки.
       Обратимся ещё раз к структуре таблицы в предыдущей главе.
       Все рассмотренные биографии более всего подобны ситуациям из столбца (3). На первый взгляд, эти биологи не «изменяли систему в нужном направлении». Однако удачные случаи трансгенозов, ксенотрансплантаций и интродукций не более изменяли многообразные изначальные, нативные свойства реципиентных биосистем, чем интеллектуальные вклады этих учёных - то общество, в котором они внезапно оказались и прожили. В целом система оставалась той же, однако в её рамках возникали микросоциумы людей науки, добывались новые знания, формировались новые интеллектуальные ценности; отчасти это можно сравнивать с экспрессией нужного гена, с работой нужной ткани, с удачной интродукцией. Полагаю, что, как правило, роль социальной среды представителей естественных наук в закономерном выходе нашей страны из тоталитаризма весьма недооценивается. Но, разумеется, они совершенно не несут ответственности за то бедственное положение, в котором теперь оказалась наука в нашей стране: мы знаем, что ни в финансировании отечественной науки, ни в структурировании её подразделений сами учёные, увы, решающей роли не играли ни в описываемые здесь периоды, ни теперь.
       А могут ли «проявления элемента» (в контексте этой главы - личности) полностью изменить и/или разрушить систему, по аналогии с биологическими примерами столбца (2)? Социальные «коренные переломы» не входят в задачи людей науки: они стремятся понять окружающий мир, и лишь вследствие этого - управлять объектами своих исследований в рациональных рамках. Напротив, мощнейшие социальные потрясения ХХ века - социализм и фашизм - опирались на сочинения «классиков марксизма», «фюрера» и их последователей, имитировавших стиль научных трудов, - однако крайне далёких от научной трезвости, беспристрастности и непредвзятости. (Гитлер писал, что люди готовы умирать лишь за не понятные им идеи. При всей чудовищности этой личности, - увы, здесь в наблюдательности ему не откажешь...). Воздействия на «целое» - на общества - толкавшие их к коренным социальным переменам, всегда носили характер гораздо более эмоциональный, чем рациональный, и осуществляли их другие «части» обществ - пророки, харизматические и/или истерические лидеры. Люди науки, даже такие маргинальные как Т.Б.Парацельс, обычно структур обществ не меняли. Однако это - не абсолютное правило: на протяжении истории человечества косвенные влияния учёных на крупные социальные события всё же имели место. Аристотель был учителем Александра Македонского, огромная империя которого - от Балкан до Средней Азии - существовала очень недолго; однако гораздо дольше она обусловливала эллинистические культурные влияния на эти территории. (Кстати, сам Аристотель отказался возглавить часть войск своего ученика и потому впал в его немилость; это - тоже пример нерасположения учёного к широкомасштабным социальным деяниям.). Бенджамен Франклин был не только «отцом американской демократии» и одним из лидеров освобождения будущих США от владычества Англии, но и великим физиком, да ещё и изобретателем средств тушения пожаров. Андрей Дмитриевич Сахаров, «отец водородной бомбы», восстал против всех тех, кто использовал его творение для политических угроз и, став душой отечественного и мирового диссидентского и правозащитного движения, немало сделал для преодоления социализма. Однако заметим, что все эти социальные действия учёных не приводили ко многомиллионным жертвам, как при псевдонаучных социальных манипуляциях коммунистов и фашистов. Поэтому столбец (2), скорее всего, - это не «случаи» людей науки.
       Столбец (1) имеет 3 внутренних колонки. Первая группа событий - «выбросы элементов» из возникшей тоталитарной системы - это многочисленные случаи эмиграции людей науки (примеры - Н.Бор при фашистской Германии, Ф.Добржанский при СССР и многие другие). Вторая - это уход из науки в другие сферы деятельности, увы, типичный сейчас для нашей - ставшей уже не тоталитарной - страны. Третья - собственные изменения «элемента» - отчасти показана здесь в биографиях Баха и Астаурова: это их переходы от фундаментальных исследований к прикладным.
       Теперь коснёмся воздействий «целого» на «части». В тоталитарных системах именно от позиций власти по отношению к тому или иному конкретному выдающемуся исследователю - и как к личности, и как к добытчику, создателю и носителю новых знаний, и как к потенциальному источнику благ для государства, его властителей и/или населению - зависели судьбы не только самих этих исследователей, но и возглавлявшихся ими коллективов - лабораторий, учебных кафедр и факультетов, целых институтов и исследовательских направлений. В свою очередь, эта позиция также зависела от линии поведения учёного по отношению к требованиям власти.
       Для тоталитарной власти человек науки - это собственность «государства», от имени которого такая власть выступает, и своеобразный инструмент - полезный или вредный, если оценивать его со своих, меркантильно-властных, позиций, прикрытых идеологемами и лозунгами.
Полагаем, что многообразные аспекты вторжения правителей в деятельность учёных можно свести как минимум к трём группам:
1. Тотальная обструкция всей интеллигенции и, в частности, людям науки.
       С начала Нового Времени могущество, а то и само существование того или иного государства зависели от его прикладных научно-технических разработок, которые обычно «уходят корнями» в фундаментальную науку. Поэтому всё это время такая позиция почти никогда и нигде открыто не декларировалась: властям нужна своя, «прирученная», наука. Ведь она не только поднимала международный престиж страны, но и сулила ей технические (включая военные) и экономические преимущества. Как правило, в эти последние столетия властители понимали, что наука «венчурна», но в целом чрезвычайно прибыльна, и культивировать её следует. Это - количественно доказанный факт: согласно современным экономическим данным, наукоёмкие технологии приносят 70% валового мирового дохода. В самые «прото-тоталитарные» периоды дореволюционной истории России - в годы правления Петра Первого и Екатерины Второй - учёные были «в фаворе», так как могли принести ощутимую пользу короне. Власти развитых стран оказывали всемерную поддержку наукам - и отнюдь не только прикладным! - даже на самых «крутых поворотах» истории: во Франции в период якобинского террора, в Северной Америке в период с борьбы Англией за независимость... Политика всемерного выращивания выгодной и покорной имперской науки - «единственно верной», изолированной от мирового научного сообщества и в значительной степени служащей военным целям - была характерна и для Германии фашистского периода, и для СССР. Пожалуй, феномены тотальной антинаучной политики - это лишь террор «красных кхмеров» в Камбодже (при диктатуре Пола Пота идеология общей деурбанизации воплощалась в истреблении квалифицированных горожан, в первую очередь интеллигентов), а также - «мягкий» вариант бюджетного «удушения» - политика властей нынешней России по отношению к отечественной науке. Вероятно, «коллективное бессознательное» и недавний исторический опыт минувшего тоталитарного режима подсказывают современным отечественным властям следующее.
1). В современном информационном обществе уже невозможно вырастить и воспитать требуемых властителям крупных и в то же время «ручных» учёных - сочетающих обширные знания и большой творческий потенциал с этической недоразвитостью и эгоистическим конформизмом, ибо эта цель противоречит самой природе научного творчества.
2). Хотя учёные и могут быть оперативными «переводчиками» между целями властей и законами природы, однако при этом природа отнюдь не всегда следует прихотям каких бы то ни было властей; наука «венчурна» и потому сулит гораздо меньше сиюминутных выгод, чем хочется властителям.
Поэтому в целом людей науки отечественные власти воспринимают как «балласт», а всё, чего они могут пожелать, они надеются импортировать в готовом виде из более развитых стран.
2. Культивирование своей, догматической науки (зачастую - лженауки), противопоставление её «нежелательным» теориям и реальным фактам и подавление их носителей.
       Примеры - гонения средневековой католической церкви на создателей гелиоцентрической системы (Н.Коперника, Г.Галилея, Д.Бруно) и на анатомов и физиологов (А.Везалия и др.). Надо сказать, что противодействий властей восприятию строго доказанных естественнонаучных фактов в угоду доктринам, приобретавшим статус культа, не происходило с эпохи становления науки Нового Времени вплоть до СССР с его диктатом «единственно верного, всепобеждающего учения» - исторически несостоятельной коммунистической доктрины - сопровождавшимся гонениями на истинно научные направления: генетику, кибернетику и многие современные гуманитарные концепции.
3. Использование достижений реальной науки в антигуманных целях («шарашки» и «ящики» с разработками для войны и политического сыска, концлагеря, базирующиеся на рабском труде «великие стройки», и т.п.).
       История показывает, что такая позиция может вести к созданию инноваций лишь в прикладных целях и лишь на коротких отрезках истории - во вред свободе научного творчества, а потому и фундаментальным долгосрочным направлениям науки. Так было в фашистской Германии: её инженеры, вдохновлённые идеологемами возрождения и процветания своей нации, создали множество технических изобретений - однако в фундаментальных естественных науках они не сделали никаких важных открытий. В СССР расцвет технического творчества, начавшись с «индустриализации», происходил ценой огромных человеческих усилий и жертв и исчерпал себя к 1960-м гг., когда из фундаментальных направлений науки и техники СССР лидировал, пожалуй, лишь в космических исследованиях. Гонения на генетику и кибернетику наша страна пережила, но с огромными потерями, которые во многом восполнить так и не удалось.
4. Культивирование «своего, ручного» научного сообщества, в котором интеллектуальный микроклимат парадоксально сочетался с идеолологическим надзором, сыском и “чистками”.
       Сама специфика научной работы требует творческой атмосферы, свободы разума и духа. Поэтому тоталитарные власти вынуждены были всё же допускать в научных сообществах некоторую интеллектуальную свободу, в то же время стремясь сводить её к минимуму и пресекать «вольнодумство». При этом формировались научные «микросоциумы» в широчайшем диапазоне принципов - от «тепличных» групп высоких интеллектуалов для фундаментальных исследований до команд прагматиков без этических норм, в угоду власти и собственной любознательности способных на всё. Так, Н.В.Тимофеев-Ресовский, живя и работая в фашистской Германии, вряд ли знал о характере изуверских исследований коллеги И.Менгеле, проводившихся в концлагерях. И до сих пор нам не ведомо, какие исследования проводились в нашей стране на подневольных - больных заключённых, солдатах, одиноких психически больных...
       Все пять рассмотренных нами судеб были крайне далеки от каких-либо безнравственных исследовательских задач. Более того, - судя по всему, именно «ближние круги» их учеников, сотрудников и коллег были их «защитными слоями», представлявшими тот структурный уровень науки как социальной системы, в интеллектуальном и моральном климате которого можно было жить интеллектуально и творчески, во имя науки дистанцируясь от моральных проблем следующего структурного уровня, т.е. от политики и идеологии государства - Б.Л.Астаурову (почти до конца жизни), А.Н.Белозерскому, Р.Б.Хесину. В полюсных ситуациях - как полного единомыслия с властью (А.Н.Бах), так и, напротив, полного нравственного противостояния ей (В.П.Эфроимсон) такого «защитного слоя» не было: в первом случае защитная функция была не нужна, во втором - «ближний круг» формировался в основном вне мест работы, не из сотрудников, а из людей близких как по научным взглядам, так и по противостоянию официозу; сам же Эфроимсон был «и один в поле воин»...
       Все эти соображения, однако, - лишь «эскиз», некий общий контур, очерчивающий как личные позиции автора этих строк, так и возможности предлагаемого им подхода, описанного в этой и предыдущей главах. Надеюсь, что этот подход будет полезен для анализа информационных многоуровневых процессов - как в фундаментальных биологических явлениях, так и в истории биологических исследований и судеб самих биологов, а также творческих людей других специальностей.
       
ЛИТЕРАТУРА

Андрей Николаевич Белозерский. Материалы к биобиблиографии
       учёных СССР. Серия биохимии, выпуск 7. Москва. Изд-во
       «Наука», 1968.
Гвоздев В.А. Роман Бениаминович Хесин. //Цитология. Т.XIX.
       С.244-248.
Кешман Е.А. «Ветвь человеческая». Набросок биографии.; Дубровский Д.И., Евстифеева Е.А.. Об авторе и его книге.
       /В кн.: Эфроимсон В.П. Гениальность и генетика. Москва. Изд-
       во «Русский мир», 1998.
Левина Е.С., Седов А.Е. Молекулярная биология в России
       советского периода (опыт краткой истории). // Молекулярная
       биология. 2000. Т.34, №3. С.488-518.
Седов А.Е. Борис Львович Астауров (1904-1974). Из серии статей
       «Российская биология в лицах.». // Газета »Первое сентября. Биология.». 1997. №11. С.13-14. (а).
Седов А.Е. Андрей Николаевич Белозерский (1905-1972). Из серии статей «Российская биология в лицах». //Газета «Первое сентября. Биология.». 1997. №42. С.13-14. (б).
Спирин А.С., Шамин А.Н. А.Н.Белозерский и развитие молекулярной биологии в нашей стране. //Природа, 1976. №10. C.72-82. Чуприна Г.И., Кривобокова С.С. А.Н.Бах. Книга для учащихся. Серия "Люди науки". Москва, Изд-во "Просвещение", 1986. Чернавский Д.С. Синергетика и информация. Динамическая теория информации. Москва, “Едиториал УРСС”, 2004. Шноль С.Э. Герои, злодеи и конформисты российской науки. Москва, “КРОН-ПРЕСС”, 2001.


Глава12.

ЛОГИКА И ИСТОРИЯ НАУКИ, ЗАПЕЧАТЛЕННАЯ В МЕТАФОРАХ ЕЕ ЯЗЫКА: КОЛИЧЕСТВЕННЫЙ И СТРУКТУРНЫЙ АНАЛИЗ ПРОФЕССИОНАЛЬНЫХ ТЕРМИНОВ И ВЫСКАЗЫВАНИЙ ГЕНЕТИКИ.
 
       Представь детей средь пустоты,
       где зыбки все координаты.
       Н. Коржавин.

       Закончен синтез полиизопрена.
       Мы близко подошли к разгадке гена.
       Но может кость создать из коллагена
       одна Природа мудрая пока...
       Дж.Апдайк. «Танец твёрдых тел».

Роль метафор в научном знании. Особенности метафор генетики.
       
       Научное сообщество - это информационная система по Д.С.Чернавскому, так как оно способно воспринимать, запоминать и генерировать информацию (см. Чернавский, 2004, с. 25-26, 95). Носителем её является профессиональный язык этого сообщества. Обсуждая проблемы биологии, можно называть и считать биологической информацией и феномены её профессионального языка.
       Наибольший интерес в этом отношении, на взгляд автора, представляет язык генетики: эта биологическая дисциплина изучает точными количественными методами именно огромный класс информационных систем и процессов, характерных лишь для живых организмов - наследственность; генетика становится концептуальным ядром большинства разделов современной биологии; события в её истории длятся лишь 150 лет и все точно датированы. В отношении информационных свойств языка генетики возникает ряд вопросов.
       Какие общенаучные и житейские ассоциации, мысли и чувства, возникавшие у различных генетиков при исследованиях новых загадочных объектов и решениях новых необычных проблем, отображались в их профессиональном языке? Имеет ли "коллективное бессознательное" генетиков свои специфические черты и можно ли исследовать пути его развития, изучая словесные образы в публикациях по генетике? Что может дать такой анализ для понимания истории развития самой генетики как системы понятий? И, наконец, что может дать такой анализ генетики для понимания того, что есть знание, наука вообще, и каковы глубинные процессы её развития?
       Оказывается, важнейшие средства научного творчества и вполне рациональной интерпретации новых знаний - это вербальные (словесные) и, значительно реже, визуальные (изобразительные) метафоры. Исследование, изложенное в данной главе, посвящено лишь вербальным строго профессиональным метафорам, вошедшим в дискурс генетики.
       Что такое научные метафоры вообще и почему они так нужны в различных науках?
       Смысл греческого сложного слова «метафора» разъясняют его корни. И в данной работе оно использовано в этом исконном, классическом смысле - в духе Аристотеля. Вербальной научной метафорой будем называть сложное слово или словосочетание, отдельные слова или части слов которого внесены в ту или иную науку из лексиконов других наук, техники и прочих сфер деятельности, где они уже имели иной смысл – специфический, хотя и в чём-либо сходный с новым. Это сходство образно и ассоциативно, и поэтому научные метафоры, извлеченные из контекстов, неотличимы от художественных. (Сравним, например, художественные образы "груз воспоминаний" и "бегущее время" с генетическими терминами "генетический груз" и "прыгающие гены".) Среди метафор есть как краткие профессиональные термины - одно сложное слово или сочетание из 2-3 слов, так и развёрнутые высказывания - от части фразы до абзаца или совокупности близких по смыслу фраз и их частей в разных частях одного текста.
       В англоязычной методологической традиции значимость роли метафор в науке обсуждается с начала 1960-х годов (Black, 1962). Вот лишь некоторые из её оценок: "...метафора – это жизненный дух парадигмы (или, точнее, ее основная организующая связь)" (Haraway, 1976); "...любая научная теория – это сеть метафор и, более того, – любое знание, включая научное, неизбежно метафорично" (Wilden, 1980); "метафоры ...часто связывают уже сложившиеся концепции с еще только формирующейся новой системой представлений", "метафора выполняет в научном познании организующую функцию, связывая как различные слои языка теории, так и разные по природе и происхождению фрагменты знания" ( “Метафора...”, 1988 - см. с.119-133). А сейчас стремительно растет "интерес к метафоре со стороны теории познания, логики, когнитивной психологии, языкознания" (там же, см. с.4): начаты исследования метафорических терминов из физики элементарных частиц, астрономии, математики (там же, с.127), и, наконец, из биологии ХХ века в целом (Fox Keller, 1995). Однако до сих пор анализ метафор был ограничен рамками гуманитарного дискурса - не было ещё ни точных методов анализа, ни структурно-функциональных моделей. Такие новые подходы предложены и обсуждаются ниже.
       Профессиональная компетенция автора данной работы ограничена биологией и, более конкретно, генетикой. Система метафор генетики не исследована вообще. Вероятно, дело в том, что генетикам не до методологической рефлексии - так они поглощены анализом структур и функций самих генов и генных систем, информация о которых лавинообразно растёт. А гуманитариев останавливает сложность понятийного аппарата современной генетики.
       Почти 30 лет сопоставляя наиболее значительные публикации о структурах и функциях различных генетических систем, автор обнаружил, что многие наиболее удачные формулировки новых фундаментальных подходов, выводов и гипотез - это именно метафоры, встроенные в строгие научные тексты. Именно посредством неожиданных и точных образов-словосочетаний многие выдающиеся генетики "конструировали" новые, непривычные образы и понятия из уже доступных и употребляемых в других сферах. Ниже мы покажем, что созданные ими тексты могут стать интереснейшим полем исследований для лингвистов, филологов, когнитологов, психологов, методологов и философов. Обычно генетики лишены профессионального снобизма и готовы разъяснять концепции своей науки во благо совместных творческих междисциплинарных исследований.
       Как «работают» метафоры в научных концепциях? Вот ряд наших собственных соображений.
       Обычно одна и та же сложная природная система – структура или процесс – не целиком изобретенная и созданная человеком, а лишь частично исследованная и понятая им, может быть представленной в умах и в трудах разных исследователей в виде разных систем, состоящих из вербальных и визуальных образов, временных и логических связей – так называемых когнитивных моделей. Их изучает когнитивная психология, а в будущем, возможно, они станут объектами нейробиологии и computer science. Разные модели одного явления или же их фрагменты могут быть взаимоисключающими или же частично совместимыми – содержать консенсусы (кстати, в генетике консенсусами называют совпадающие и обобщенные части генетических текстов). Например, в разных моделях одного и того же явления одни и те же факторы могут считаться его причинами или же его следствиями. Понимать и сравнивать такие «разночтения и состыковки» фрагментов моделей необходимо при анализе большинства конкретных научных проблем. Узловые роли в когнитивных моделях играют именно метафоры, неся огромные смысловые нагрузки (Lakoff, Johnson, 1980; MacCormac, 1985) - потому, что инновации в лексике и в стилистике совершенно необходимы для выражения новых понятий и формулировок новых концепций. В когнитивной модели того или иного сложного явления метафора играет такую же роль, какую в компьютерной программе – команда вызова подпрограммы-модуля: она вызывает когнитивный блок-ассоциацию извне – из другой области знаний, в которой образы, аналогичные исследуемым, уже есть (возможно, такой области соответствует другая зона или нейронная "подсеть" мозга). Поэтому метафору можно рассматривать как своеобразный "концентрат" информации, как новый информационный вход в данную когнитивную модель из других. Конечно, такой прием оказывается очень нужным для описаний реального, воображаемого и предполагаемого - не только в живописи, кино и художественной литературе, но и в научных теориях и гипотезах.
       Что такое метафоры с позиций математической теории информации? Доказано, что если редкий, неожиданный элемент может быть встроен в систему, не нарушая ее законов, то он может резко повысить ее информационную емкость. Новая метафора – это редкое, неожиданное сочетание слов и смыслов. Поэтому если она удачна, то в описании увеличивается количество информации (для сравнительно простых систем с известными вероятностями событий – вычисляемое по К. Шеннону (Шеннон, 1963). Увеличивается и её ценность - понимаемая как мера "неизбыточности, незаменимости информации", для таких простых систем тоже вычисляемая и тем большая, чем выше "уровни рецепции информации" (Волькенштейн, 1986). Потому она максимальна именно на "верхних" уровнях мышления – в описаниях когнитивных моделей сложных процессов. По Г. Кастлеру, "создание новой информации состоит в запоминании случайного выбора" (Кастлер, 1967). Как было сказано в предыдущих главах, именно такое представление легло в основу новой, динамической теории информации (Чернавский, 2004, с.13-14). Именно в этом смысле информация создается и при создании метафоры: в процессе авторского творчества происходит перебор и выбор сочетаний морфем и слов, а запоминание удачных вариантов возможно на двух стадиях – автором (в его собственных высказываниях и во впервые предлагаемых им терминах) и его коллегами (в цитируемых высказываниях и в терминах, вошедших в употребление).
       Подобную ассоциативную роль играют в живых организмах их важнейшие информационные структуры. Так, гены ключевых этапов развития организмов – это те из "слов" в ДНК (если нуклеотиды сравнивать с буквами), каждое из которых имеет по несколько смыслов: считывание, т.е. работа, такого гена на ранних стадиях развития как бы "связывает в единый букет" несколько весьма различных «сюжетов» - процессов формообразования организма, размножения и дифференцировки его клеток. Таковы многие гомеозисные гены, онкогены и гены мембранных рецепторов. Другой пример, на другом структурном уровне - так называемые гностические нейроны мозга: каждый из них сопрягает несколько сложных нейронных сетей, формируя ассоциативные структуры – поля и "суперсети" – и этим интегрируя элементарные акты восприятия в образы, а образы – в воспоминания и когнитивные модели. Если сравнить тексты с организмами, то такие гены и такие клетки – это как бы "метафоры во плоти", появившиеся задолго до человеческих языков, речи и письменности.
       Биологические и, в частности, генетические системы особенно сложны – многоаспектностью, многомасштабностью и иерархичностью структур, функций и отношений сходства и родства. Часто структурные, функциональные и классификационные схемы того или иного конкретного биологического феномена не изоморфны. А разные авторы и научные школы, в разных когнитивных моделях одной и той же иерархической биосистемы, нередко считают определяющими её работу или развитие разные её структурные уровни или даже разные их сочетания. Выше, описывая многоуровневую организацию биологических систем (см. главу 10**), мы вкратце показали это на фундаментальных эмпирических примерах из самых различных разделов биологии.
       Для таких ситуаций философские понятия "холизм" и "редукционизм" необходимы, но далеко не достаточны: чтобы разобраться в современном понимании того или иного сложного и не совсем изученного явления, следует сопоставить различные многоуровневые модели разных авторов. Как будет показано ниже, анализ метафорической лексики – терминов и высказываний – позволяет исследовать важнейшие звенья таких моделей, даже не очень углубляясь в частные эмпирические факты генетики.
       Важно и то, что внутренний мир генетиков следует понять не только им самим. Ведь их роль в современном миропонимании и деятельности трудно переоценить: они изучают важнейшие принципы размножения и развития разнообразных организмов (включая человека), многие стороны их биохимии и физиологии, процессы старения, множество тяжелых недугов (включая диабет и рак), влияние загрязнений окружающей среды на наследственность, генный контроль биохимических процессов, используемых в пищевой, фармакологической и многих других отраслях промышленности, – не говоря уже о таких "бесполезных" (с меркантильных позиций) сюжетах, как принципы и пути эволюции организмов и история жизни на Земле.
       Генетика – одна из немногих фундаментальных биологических наук, которая с самого своего зарождения была точной. И вся история ее развития – это история все более и более точных методов и результатов; по способности управлять своими объектами и конструировать их генетика становится все более похожей на физику, математику и инженерно-технические дисциплины. Многочисленные хромосомные и генные карты, записи генетических текстов, схемы строения, работы и эволюции генов и управляемых ими систем и процессов – все эти данные получены точными методами и сами не менее точны, чем алгоритмы и технические чертежи. И потому на первый взгляд её профессиональный язык - лексика, стилистика и визуальные формы представления данных - так далеки от красоты живой природы, открывающейся натуралистам, художникам и поэтам! "Творческий разум осилил – убил...". А если для генетиков понимание красоты живого сводится к анализу разъятых конструкций, к логике и практике решения рациональных задач, то не способны ли они, "как бы резвяся и играя", вообще уничтожить жизнь на Земле, как физик в фантастической притче-романе К. Воннегута "Колыбель для кошки"? И вот, к сожалению, в массовом сознании генетики-экспериментаторы нередко ассоциируются с адептами-жрецами, готовыми из любопытства или корысти прокладывать «пути в незнаемое» не менее чудовищные, чем Иосиф Менгеле с сотрудниками. Чего стоит новый ажиотаж публики, вызванный клонированием животных и трансплантациями их органов!
       А ведь обычно одни и те же генетические знания и методы, а часто и объекты, могут служить для создания как биологического оружия , так и продуктов питания и лекарств. Да, - когда генная инженерия еще только зарождалась, именно ее создатели поставили вопросы о возможной генетической опасности, мерах техники безопасности и моральной ответственности генетиков; это стало темой знаменитой конференции в Асиломаре в 1975 году и многократно обсуждалось впоследствии. Но всегда ли исследователи столь нравственны и ответственны? Можно ли утверждать, что исследовательские задачи лежат вне морали и этики, или надеяться, что с развитием точных знаний растет и нравственность? Ведь технократическая цивилизация породила глобальный экологический кризис, к теории естественного отбора апеллировала практика геноцида, расщепленный атом сгубил Хиросиму и Нагасаки, его мирное использование обернулось трагедией Чернобыля... До сих пор биотехнологии приносили гораздо больше благ, чем бед. Но будет ли так и впредь? Что же такое "игры с ДНК" – путь к панацее и "эликсиру жизни" или все же "подарок дьявола" и "мина замедленного действия"? Что сулят обывателю «белые одежды»? Поэтому очень важно было бы знать, что же происходит в умах и чувствах генетиков, когда они вникают в тайны жизни, "алгеброй гармонию поверив".
       Такие тревоги могут возникать у школьников, преподавателей биологии и студентов, изучающих генетику лишь как сухую "историю идей" без "истории людей", черпающих дополнительную информацию лишь из прессы, фантастических фильмов и проповедей и впервые листающих специальные статьи. И при этом "за кадром" для них останутся многие сюжеты из прошлого генетики, в которых романтические поиски истины приводили к настоящим пророчествам.
       Именно сочетание точности и логической строгости анализа с творческим предвидением структур и функций незримых объектов - задолго до их визуализации - характерны для работ всех великих генетиков - Г.Менделя, А.Вейсмана, Т.Моргана, Ф.Лежена, Дж.Уотсона и Ф.Крика, ..Жакоба и К. Моно и многих других. Вся история генетики – это своеобразный "путь вглубь генетических систем", причем "путь впотьмах", на котором нередко исследователи работали "умственными взорами": в скудном свете новых – порою весьма фрагментарных – фактов они создавали гипотетические схемы и описания тех структур и процессов, которые удавалось опровергать или доказывать экспериментальными данными лишь многие годы спустя. Меры и числа для генетического мышления необходимы, но не достаточны: "провидческие" построения сложных пространственных и временных картин требуют от исследователей не только логики, но и творческого воображения – качества, присущего художникам, писателям и поэтам.
       Рассмотрим, как именно это качество запечатлено в лексике и стиле наиболее новаторских трудов генетиков. Нами было замечено, что в них именно неожиданность словосочетаний - основа чёткости понятий. На этом наблюдении базируется описанный ниже анализ метафор, характеризующих разные структурные уровни генетических систем. Его логические принципы близки к лингвистическим и наукометрическим методам (в частности, к методам контент- анализа, к тезаурусному и сленговому методам) (Хайтун, 1983), а также к аналитическим методам молекулярной генетики (двух- и трехмерного электрофореза, дот-блот-анализа и т.п.) (Маниатис и др., 1984). Излагаемые ниже результаты показывают, как в профессиональных текстах генетиков, словно в своеобразном магическом кристалле, непроизвольно отображались, фокусировались и сменялись не только рациональные пути развития самой генетики, но и "моды" на различные области точных, естественных и гуманитарных наук, а также житейской практики, в разные периоды нашего века порождавшие разные осознанные и подсознательные мотивы в научном мышлении. Надеемся, что предлагаемые принципы анализа и результаты этой работы будут интересны не только логикам, методологам и философам различных областей науки, а также лингвистам, филологам и психологам, но и самим генетикам - аналитикам, теоретикам и экспериментаторам. Ведь этот подход к истории языка генетики позволяет по-новому сопоставлять не только особенности восприятия и мышления, характерные для разных генетиков и разных периодов генетики, но и сами фундаментальные идеи генетики – разные концепции организации многоуровневых генетических систем. Возможно, этот подход будет полезен и для других эмпирических наук.

Анализ совокупности метафорических терминов.

       Из глоссария (Rieger et al., 1991) были выписаны все метафорические термины. Их оказалось 859, что составляет около 17% всех терминов глоссария. Следует подчеркнуть, что подавляющее большинство их активно используются в современной генетике. Авторы многих таких метафор – крупнейшие биологи (А. Вейсман, Н. Вавилов, К. Уоддингтон и многие другие); нередко это нобелевские лауреаты (Ф. Крик, Ф. Жакоб, Ж. Моно и др.), и зачастую эти метафоры впервые появлялись именно в работах, удостоенных Нобелевских премий.
       Объём данной работы не позволяет привести полностью список этих терминов и его разбиений на подгруппы. Ниже приведены лишь некоторые из них. Поэтому приведенные ниже количественные результаты и выводы, полученные для всего списка метафорических терминов, а иллюстрируемые лишь некоторыми из них, могут показаться голословными. Однако обсуждаемые здесь результаты проверить легче, чем любой генетический эксперимент - следует лишь повторить работу самим по предлагаемой здесь методике. Для этого достаточно, даже не вникая глубоко в смысл терминов, лишь самим выявить метафоры по «чёрным словам» глоссария (Rieger et al., 1991) и вновь рассортировать их по предлагаемым ниже критериям. Уверяем, что несмотря на возможные отдельные расхождения между автором и читателями в классификации некоторых терминов, в целом описанные ниже количественные соотношения воспроизводимы.
       Каждый из метафорических терминов был классифицирован по 2 или по 3 критериям:
1). из лексикона какой области науки и практики слово (реже – часть слова), входящее в термин, было заимствовано генетиками;
2). какой структурный уровень генетических систем им охарактеризован;
3). когда он впервые появился (это сделано лишь для тех 677 из 859 метафорических терминов, для которых в глоссарии упомянуты их авторы и даты их создания).
       По первым 2 критериям для этой совокупности терминов выявлено:
– 10 областей заимствования лексики (перечисленных примерно в порядке возрастания сложности описываемых ими систем): физика (с 2 подобластями – "классическая" и "субатомная"), химия, география, кибернетика, лингвистика (включая понятия из книгопечатания, относящиеся к текстам), быт, биология, антропология + психология, социология + экономика, мистика;
– 9 структурных уровней генетических систем (в порядке от больших объектов к малым, т.е. от "верхних" структурных уровней к "нижним"): популяции, семьи+генетические линии, организмы (фенотипы), геномы, хромосомы, плазмиды (включая векторы) и другие столь же малые геномы, системы неаллельных генов, гены как целостные объекты, генетические тексты (логически или явно соответствующие нуклеотидным последовательностям).
       В таблице 1 показано распределение метафорических терминов по обоим этим критериям (в ячейках таблицы приведены количества соответствующих терминов). Столбцам соответствуют области заимствования лексики, строкам – генетические структурные уровни, выявленные a posteriori из анализа всего глоссария. Термины, которые можно отнести сразу к нескольким ячейкам, учитывались для каждой из них.
       Возможно возражение, что физико-химические характеристики для "нижних" структурных уровней ("растворение ДНК", "гидролиз полинуклеотидов" и т.п.) и анимизирующие для "верхних" ("рост популяций", "выживание семей" и т.п.) – это не метафоры и не термины, а очевидные понятия, и поэтому приведенные соотношения метафор не отражают лексики в целом. Однако анализ количеств таких словосочетаний, проведенный автором по предметным указателям монографий и биологических реферативных журналов, показал, что это не так: если бы учитывались и эти понятия, то в численном отношении преобладали бы те же ячейки, что и в таблице 1, так как в "очевидные" ячейки добавилось бы не более, чем по 20-30 выражений.
       Таблица 1 позволяет сделать несколько выводов.
1. Известно, что генетика развивалась, "погружаясь" в исследования все более "нижних" структурных уровней. Соотношения метафорических терминов разных уровней показывают, что этот "путь" противоречил известному методологическому принципу "бритвы Оккама" – "не умножать сущностей": Метафорических терминов, для понимания которых нужны разъяснения, подобные статьям глоссария (Rieger et al., 1991) становилось все больше, а язык генетики - всё «эзотеричнее».
2. Среди метафорических терминов преобладают:
– для популяций – физикалистские: "вес признака", "генетический груз", "генетическое равновесие", "генный поток", "давление отбора", "квантовое видообразование", "мутационный спектр", "популяционная интерференция", "популяционные волны", "центробежный и центростремительный отбор" и т.п.;
– для хромосом – бытовые: "барабанные палочки", "митотическое веретено", "метафазная пластинка", "полярная шапочка", "репликационная вилка", "стадия букета", "хромосомный мост", "хромосомы типа ламповых щеток" и т.п.) и "анимизирующие" – био- и антропоморфные ("инициация хромосом", "мобилизация хромосом", "неоцентрическая активность", "сестринские хроматиды", "спаривание хромосом", "хромосомный химеризм", "центросомы" и т.п.;
– для целых генов и генетических текстов – "анимизирующие": "ассимиляция ДНК", "ген-хозяин, ген-раб"; "гибридизация ДНК", "гнездящиеся (в интронах) гены", "гомеостаз по сплайсингу", "инвазия нитью (ДНК)", "квазивиды", "концертная эволюция", "кочующие (номадические) гены", "миграция ветвей (ДНК)", "молчащая ДНК", "мультигенное семейство", "незаконная рекомбинация", "неразборчивая ДНК", "оператор", "орфон", "отвечающие элементы", "ошибка копирования", "паразитическая ДНК", "популяция последовательностей (ДНК, РНК)", "промотор", "прыгающие гены", "распознавание" (кодонов, сайта), "редактирование (ДНК, РНК), "сенсорный ген", "созревание РНК", "транспозиционный иммунитет", "употребляемость кодонов", "химерный ген", "чувствительность сайта", "эгоистичная ДНК", "хвост/голова ДНК" и т.п..
       Таким образом, в целом система МТ генетики парадоксальна: совокупности организмов, реально обладающих свободой воли, в ней наиболее уподоблены объектам физики, в то время как гены и ДНК-тексты, изучаемые физико-химическими методами, характеризуются как "живые сущности".
       Каковы причины этого?
       Ситуацию проясняет анализ дат появления различных метафоричесих терминов.
       Для тех 677 из них, которые датированы, была построена кривая их появления - график 1 (абсцисса – хронологическая ось, по ординате – количество таких терминов, созданных за данный интервал времени).
       Перед обеими мировыми войнами, во время и после них на кривой видны прогибы (первый почти нивелируется при спрямлении). Вероятно, генетикам тогда было "не до метафор".
       Кстати, следует особо отметить, что подобные прогибы, охватывающие периоды этих войн, видны и на хронологических наукометрических графиках других дисциплин, построенных ранее другими авторами - на основании анализа количеств докторов наук США, публикаций в физическом реферативном журнале, астрофизических, математических и радиационно-химических исследований, а также научных публикаций в целом (см. Хайтун, 1982, с.224-245) - но ими не обсуждавшихся. Возможно, эти прогибы свидетельствуют, что спад различных количественных показателей творчества учёных может служить индикатором и предвестником социальных бедствий и, в частности, больших войн.
       Выход на "плато" и спуск в конце графика 1 может отражать либо запаздывание авторов глоссария по отношению к реальному росту количества метафорических терминов, либо предельное "насыщение" ими генетической лексики.
       Для сравнительного анализа истории появления различных метафорических терминов были совмещены приемы, использованные при заполнении таблицы 1 и при построении графика 1. Из терминов, относящихся лишь к наиболее полным ячейкам, те из них, которые датированы, были распределены по датам их появления. Таблица 2 является своеобразной комбинацией таблицы 1 и графика 1: ее строкам и подстрокам соответствуют строки и столбцы наиболее полных ячеек таблицы 1, а столбцам – хронологические интервалы.
       Видно, что "всплеск физикализма" в создании метафор - терминов генетики популяций происходил в 1940-е и особенно в 1950-60-е гг. – в период расцвета теоретической и прикладной физики. Метафоры, созданные позже, в основном были характеристиками структурно-функциональных участков геномов: в 1960–70 гг. – в лингвистико-кибернетическом "стиле" тех лет, а после 1970 г. – в "анимизирующем".
       Таким образом, выявлен парадокс: именно тогда, когда генетики стали читать генетические тексты - когда точные методы анализа физической и логической организации генетических систем достигли расцвета и охватили все структурные уровни живого, а количество получаемых ими эмпирических данных об элементарных генных системах экспоненциально росло - в своих образных понятиях генетики стали усиленно интерпретировать эти системы как живые сущности – самостоятельные и даже обладающие свободой воли. Остается неясным, чем это обусловлено: тем ли, что стили восприятия самих генетиков изменялись в соответствии с общими сменами парадигм и эстетических ориентаций в научном сообществе и в обществе в целом, или же тем, что физикалистские, а затем и логико-кибернетические концепции оказывались необходимыми, но не достаточными для понимания объективных особенностей генетических систем.
       В обоих случаях – судя по этим особенностям мышления генетиков (по крайней мере – авторов терминов), генетике отнюдь не грозит "мертвящий физикализм" восприятия объектов и подходов к ним, чреватый нарушениями биологической и гуманистической этики.
       Если каждая "анимизация" нужна лишь затем, чтобы завуалированно охарактеризовать спонтанность, неуправляемость, неконтролируемость и непредсказуемость объекта в условиях исследований, то следует признать, что по мере развития генетики ее терминология все более и более свидетельствовала о непознаваемости генов. Но возможно и другое объяснение: даже генетические тексты реально живут и целесообразно действуют, и потому для их описаний требуется не только технико-физикалистская, но и многообразная биологическая и даже гуманитарная лексика.
       В развитии генетики основной вектор исследований был аналитико-редукционистским, направленным "вглубь геномов". Самый "нижний" структурный уровень – конкретные генетические тексты – стали доступными анализу двадцать один год назад, с появлением методик их чтения (секвенирования). С тех пор исследованиями охвачены все структурные уровни, и особенно много информации поступило и продолжает поступать о "нижнем" уровне. В генетических текстах прочитаны различные "важнейшие слова" – те, от которых зависят ключевые этапы репликации ДНК, размножения клеток, их дифференцировки, формообразования в организмах, злокачественного перерождения, старения... Однако становится все более ясным, что их смыслы проявляются в специфических сложных "контекстах". Один из ярких примеров этого – зависимость проявления гомеозисных генов сегментации тела, HOX II, от стадии и места их проявления и морфологического "контекста" организма.
       Стремительное изучение ДНК как "словаря" становится все более ориентированным на изучение тех особенностей генного "синтаксиса", благодаря которым осуществляются целостные "сюжеты". Задачи анализа все более дополняются задачами синтеза, а редукционистское восприятие генных систем – холистическим. По-видимому, усиленная "анимизация" в новых терминах генетики на последнем отрезке ее истории обусловлена именно пониманием сложности и "живости" генетических систем.
       Полученные результаты позволяют предположить, что сейчас и в ближайшем будущем развитие генетики будет связано с созданием новых "анимизирующих" метафор: в геномику "нижних", а затем, возможно, и более высоких структурных уровней станут проникать рабочие понятия и модели из экологии, биоценологии, культурологии, психологии, социологии и других биологических и гуманитарных наук, изучающих надорганизменные явления. Насколько мы можем судить по нововведениям 1990-97 гг. в лексике, синтаксисе и стилистике последних генетических обзоров и устных лекций наших зарубежных коллег, эта тенденция уже весьма выражена.
       Будет представлять несомненный интерес поиск в библиографических базах данных новых, еще только формируемых метафор - запросами типа: '(gene OR genes OR genetic) AND " ', 'chromosom AND " ' и т.п..

       Подход к анализу метафорических высказываний в проблемных монографиях.
       Перспективы этого направления работы - моделирование биосистем на базе их словесных описаний, уже созданных биологами. Конкретнее - мы стремимся создать схему эволюции концепций генетики, представив огромный развивающийся массив генетических знаний в виде лексико-графических схем, удобных для построения визуальных графических моделей. Такая свёртка информации становится всё более необходимой теперь, когда ежегодно в мире публикуются буквально сотни тысяч статей с генетической тематикой.
       Весьма достойна внимания лингвистов и филологов та литература, которую они до сих пор воспринимают как не доступную их пониманию - базовые проблемные монографии по современной биологии, и в первую очередь по генетике. Кратко покажем, как можно прочитывать эти монографии по-новому - даже не обладая фундаментальными знаниями генетики a priori, а приобретая их в минимально необходимых объёмах попутно - в таких творческих контактах с генетиками и их литературой, которые как бы нанизывали бы базовые сведения из генетики на стержень лингвистических и филологических исследований.
       Острая необходимость в структуралистском диалоге между генетиками и лингвистами назрела вновь, теперь уже в новом контексте - с позиций когнитивной психологии. Для понимания проблем, дискуссий и «белых пятен» самой генетики следует концепции генетических систем, созданные разными авторами, в разных странах и в разные годы, представить в виде когнитивных моделей. Есть надежда, что симбиоз генетиков, лингвистов, программистов и психологов позволит средствами когнитивной графики строить такие визуальные динамические модели и изучать их поведение - для того, чтобы понять, как работают реальные сложные генетические системы. Проверять такие гипотетические модели можно будет в конкретных генетических исследованиях, где сами биосистемы взаимодействуют с логикой и методологией экспериментаторов.
       По-видимому, наиболее удобная форма представления таких данных - это блок-схемы, в которых различные генетические структуры и процессы будут представлены в виде узлов и рёбер соответствующих графов. Одни из этих объектов «обладают свободой воли» (самопроизвольной динамикой, поведением) и управляют другими - детерминированными извне. Такие свойства биосистем, постулируемые авторами, позволяет выявить их метафорическая лексика и стилистика - анимизация и физикализация объектов в активных и пассивных формах.
       Поэтому из всех ячеек - семантических кластеров метафор генетики, описанных выше, - теперь мы остановимся лишь на экстремальных - на тех, с помощью которых генетики «анимизировали» или же «физикализировали» свои объекты. С этих позиций рассмотрим метафорические высказывания. Это - словосочетания более протяжённые, чем термины (от трёх слов до абзаца или набора высказываний с общими сюжетами), и, в отличие от терминов, не становящиеся рабочими «инструментами» профессионального сообщества, а сохраняющиеся лишь в авторских текстах. Ограничимся лишь метафорическими высказываниями из нескольких проблемных монографий о структурах и функциях генов и геномов, созданными за последние полвека бурного развития генетики.
       Предлагаемая методика вкратце сводится к следующему. Прочитывая монографию, мы извлекаем из неё все «поэтические вольности» - метафорические высказывания автора - и создаём цитатник. Сопоставляя цитаты в рамках такого цитатника, можно строить «мета-метафоры» - блок-схемы концептов. Как будет показано ниже, такие модели не только совпадают с резюме (предисловиями, послесловиями и устными оценками) коллег-генетиков, но и выявляют такие важнейшие особенности авторских концепций, которые и сами авторы, и их читатели и рецензенты - генетики упускают из виду: «за деревьями леса не видно» - обилие эмпирических данных заслоняет логику и «белые пятна» как самих процессов, так и их описаний.
       В объёме данной публикации мы сможем лишь остановиться вкратце на нескольких примерах такого анализа, почти не приводя самих метафорических высказываний. Подробно изложить результаты такого анализа даже лишь монографий, рассмотренных ниже, можно лишь в объёме книги. Поэтому приводимые ниже примеры - лишь «штрихи к портретам» будущих когнитивных моделей. Здесь мы коснёмся лишь некоторых выводов, к которым привели сравнения совокупностей метафор в рамках той или иной монографии. Надеемся, что сами эти высказывания - красочные и художественные - станут объектами пристального изучения не только для лингвистов и филологов, но и для специалистов по эстетике. Итак, - примеры.
       В конце 1960-х гг. М.Ичас, один из первооткрывателей ДНК-белкового кода, в конце своей монографии (Ичас, 1971) использовал некоторые метафоры, обсуждая проблемы универсальности и эволюции этого кода, тогда ещё только-только расшифрованного: он рассматривал и сам этот код, и его эволюцию как самосовершенствующиеся системы, - иногда проявляющие «свободу воли», по-видимому, не сводимые к физико-химическим принципам, однако напоминающие машины.
       Событием в изучении молекулярной эволюции (на примере позвоночных животных) стала в 1970 г. (в оригинале) и в 1973 г. (в издании у нас) монография (Оно, 1973). В те годы жёсткая приверженность дарвинистской парадигме заставила отечественных издателей и переводчиков изменить её название: оригинальное авторское название «Evolution by Gene Duplication» в советском издании было заменено на «Генетические механизмы прогрессивной эволюции». Предисловие известного генетика Б.Н.Сидорова акцентирует внимание читателей на том, что автор недооценил роль естественного отбора. Однако наш анализ обильных и ярких метафор этой книги показывает: по С.Оно, отбор - мощное активное творческое начало, однако в основном судьбу больших групп животных на трудных путях и главных поворотах эволюции действительно решали автогенетические процессы - внутренняя логика развития геномов. Построение блок-схемы эволюции генома по С.Оно - задача ближайшего будущего.
       Интересный пример бурного развития профессионального дискурса в научной школе - работы В.А.Ратнера и его коллег, более двух десятилетий работающих в Новосибирском академгородке и развивающих кибернетические методы анализа генетических систем. Сравнивая выводы, сделанные в их монографиях, можно видеть, как мощное развитие кибернетического дискурса, происходившее в 1970-х гг. (Ратнер, 1975), с середины 1980-х гг. по сей день всё активнее дополняется вербальными характеристиками типа «живые свободные гены» (Ратнер и др., 1985; Ratner et al., 1996). В метафорах, содержащихся в этом цикле работ, гены и генные системы сначала представлялись как механизмы, а затем всё более - и как квази-организмы, Эти две парадигмы всё более взаимодействуют, причём вербальная анимизация объектов всё усиливается.
       В начале 1980-х гг. , с открытием мобильных генетических элементов («прыгающих генов»), происходила мощная реформация представлений об эволюции геномов. Судя по метафорическим высказываниям в коллективной монографии (“Эволюция генома”, 1986), её авторов можно разделить на две группы - «редукционистов» (согласно которым, пути эволюции геномов определяются самопроизвольными изменениями в отдельных генетических элементах - sensu lato, поведением этих элементов), и «холистов» (согласно которым, общая архитектоника геномов - продукт их целостного развития, определяющий эволюционые судьбы отдельных его элементов). Тот факт, что конференция, по материалам которой была создана эта монография, по сути была диалогом между этими двумя группами генетиков, констатировал Дж.Мэйнард Смит post factum - закрывая эту конференцию. Это отражено в «Заключении» этой книги.
       Р.Б.Хесин в своей монографии, даже название которой имеет несколько анимизирующий метафорический характер (Хесин, 1984), сопоставил более 3500 экспериментальных работ, проведенных генетиками мира до 1982 г. , и особенно в начале 1980-х гг. - в последние годы жизни Р.Б.Хесина. Цитатник из этой монографии - свыше 40 развёрнутых метафорических высказываний - читается как фантастическая сказка. Анимизация в этих высказываниях охватывает лишь один структурный уровень генетической организации - фрагменты ДНК, или генетические элементы. Других метафор нет, так как именно проблеме поведения этих элементов посвящена вся монография. Интересно в нашем контексте следующее.
       Возьмём три уровня структурной организации генома: ген (фрагмент ДНК), хромосому и геном. Что чем управляет? Давно известен «холистический» феномен, называемый эффектом положения гена. Суть этого эффекта - в том, что характер работы и проявления гена зависит от того, в какой участок хромосомы этот ген попадает. Эффект положения несколько раз упоминается в (Хесин, 1984), однако интересен - и автору, и нам - не этот эффект. В различных местах этой книги метафоры указывают нам на обратные ему - «редукционистские» - феномены: спонтанное или индуцированное перемещение некоторых конкретных генетических элементов в другое место генома вызывает его комплексную дестабилизацию - массовые «прыжки» других элементов, множественные хромосомные аберрации и т.п.. Этот эффект - когда перемещение элемента внутри системы вызывает её целесообразную структурную перестройку - интересен и с общефилософских позиций. При этом по метафорической лексике описания таких явлений выявляются в нескольких местах монографии, а подобные феномены описаны и в других её местах. Полагаем, что подобно эффекту положения гена, этот генетический мета-феномен тоже должен обрести соответствующее название-термин.
       Вступая на путь создания художественных образов (а, как было показано выше, на высоких уровнях научного творчества это неизбежно), учёный, как и поэт, и прозаик, в своих метафорах может и «проговариваться», высказывая отнюдь не то, к чему сам же призывает. Примером этого может служить монография (Лима-де-Фариа, 1991). Стремясь рассматривать биологическую эволюцию, и в первую очередь эволюцию генетических структур, как совокупность чисто физических явлений, для понимания которых достаточно привлекать лишь дисциплины, охватывающие физико-химические феномены - от квантовой физики до кристаллохимии - А.Лима-де-Фариа приводит массу впечатляющих фотографий, иллюстрирующих подобия между живыми и неживыми формами. Однако во многих местах монографии лексика автора выдаёт прямо противоположное - его скрытый анимизм. Особенно впечатляет глава 17. Не только её проблематика, но и вся её лексика и стилистика отражены в её названии: «Как ген, хромосома и клетка противостоят среде и избегают гибели» (с.241-258). В частности, по выражению автора, «хромосома... поддерживает постоянство, вводит новшества и производит разведку, пользуясь собственными средствами». Необходимо отметить, что вся эта глава, полная анимизирующих метафор, посвящена именно цитогенетике - полю профессиональных исследований самого автора. Именно в его аналитико-экспериментальных работах ранее были выявлены многие принципы расположения генов в хромосомах и рассмотрена архитектоника хромосомы как целого. Более того - оказывается, что в этой книге, полной метафор, анимизации подвергнуты отнюдь не только биологические объекты. Например, «Элементарные частицы прошли с вой эволюционный путь и имеют своих предшественников» (с.67). И таких примеров в книге - масса. Интересно, что эту имплицитную анимизацию живого и неживого на фоне деклараций полного физикализма в биологии не заметил даже глубокий и вдумчивый генетик и философ - редактор русского перевода монографии и автор большого критического послесловия (с.381-410) - Л.И.Корочкин.
       Как же понять Лима-де-Фариа? Что это - сознательная подтасовка или скрытая недобросовестность? На наш взгляд, - ни то, ни другое. Здесь мы имеем дело со случаем «псевдосубституции» (по терминологии М.Поланьи) - ситуацией, когда отрицаемое понятие скрыто вводится в обсуждение как его необходимый элемент. В результате оказывается, что, образно выражаясь, «краеугольные камни здания» теоретических выкладок состоят как бы из концептуального «антивещества», однако «аннигиляции» не происходит: в целом «здание»-концепт устойчиво (возможно, лишь до поры - до времени).
       Следует отметить, что в русскоязычной генетической литературе особой метафоричностью - по-видимому, отражающей свободу творчества - отличаются генетики «новосибирской школы»: Р.Л.Берг, М.Д.Голубовский, В.А.Ратнер и другие. Напротив, в двух обзорных монографиях, изданных в Москве и посвящённых тому же кругу проблем, что и упомянутой монографии С.Оно - организации и эволюции геномов позвоночных (Гинатулин, 1984; Бирштейн, 1987) - метафор крайне мало, и все они появляются в конце книг - при обсуждении концепций, предлагаемых авторами. Возможно, немногочисленность метафор отражает редакторскую правку или же влияние её неизбежности на стиль самих этих авторов. Трудно сказать, что это - добросовестность позитивистского описания или же «внутренняя самоцензура». Однако даже основные концепции этих монографий можно выявить, базируясь лишь на этих метафорах. На базе новых молекулярно-генетических фактов оба автора показали, как именно различия в архитектонике хромосом современных позвоночных могут отражать их комплексную реорганизацию, происходившую сотни миллионов лет назад в периоды ароморфозов - выхода на сушу, возникновения зародышевых оболочек, формирования принципов хромосомного определения пола...
       Полагаем, что эти несколько примеров уже могут вызвать немалый интерес психологов, лингвистов и филологов, логиков и методологов. Сотрудничая с ними, мы, генетики, сможем по-новому понять многочисленные тексты наших коллег, а знатоки, исследователи и ценители языка смогут познать глубины и насущные проблемы генетики и биологии в целом. Надеемся, что предлагаемый нами подход к массиву знаний и проблем, уже сформированному и интенсивно формируемому генетиками, в дальнейшем может позволить увидеть в сжатом и наглядном виде модели развития организма, рака, старения, эволюции разных групп организмов и динамики биологических сообществ. Эти исследования могут быть дополнены и проверены новыми эмпирическими биологическими фактами и экспериментами и осмыслены с помощью невербальных схем и моделей, которые можно будет строить при сравнениях различных биологических публикаций.
       Полагаем, что перевод «написанного пером» в мета-вербальные и невербальные формы представления данных - особенно в визуальные динамические модели - станут мощным методологическим инструментом, который обогатит и генетику, и лингвистику, и когнитивную психологию. Возможно, в будущем к этим исследованиям смогут подключиться и специалисты по искусственному интеллекту - моделируя как реальные феномены природы, так и творческие процессы, их интерпретирующие, и нейробиологи - когда они смогут изучать динамику сложных форм знаний в целостном мозге. Таким образом, фактологическая и концептуальная «почва» для совершенно новых междисциплинарных работ сформировалась и ждёт своих исследователей.

 ЛИТЕРАТУРА

Бирштейн В.Я. Цитогенетические и молекулярные аспекты эволюции
       позвоночных. Москва, Изд-во «Наука», 1987.
Волькенштейн М. В.: Энтропия и информация. Москва, Изд-во "Нау
       ка", 1986.
Гилберт С. Биология развития. (В 3 томах). Пер. с англ. Москва,
       Изд-во “Мир”, 1994.
Гинатулин А.А. Структура, организация и эволюция генома
       позвоночных. Москва, Изд-во «Наука», 1984.
Ичас М. Биологический код. Москва, Изд-во «Мир», 1971.
Кастлер Г.: Возникновение биологической организации. Пер. с англ.
       Москва, Изд-во "Мир", 1967.
Лима-де-Фариа А. Эволюция без отбора. Автоэволюция формы и
       функции. Москва, Изд-во «Мир», 1991.
Маниатис Т., Фрич Э., Сэмбрук Дж. Молекулярное клонирование.
Пер. с англ., Москва, Изд-во “Мир”, 1984.
Метафора в языке и тексте. – Москва, Изд-во "Наука", 1988.
Оно С. Генетические механизмы прогрессивной эволюции. Москва,
       Изд-во «Мир», 1973.
Ратнер В.А. Молекулярно-генетические системы управления.
       Новосибирск, Изд-во «Наука» СО АН СССР, 1975.
Ратнер В.А., Жарких А.А., Колчанов Н.А., Родин С.Н., Соловьёв
       В.В., Шамин В.В. Проблемы теории молекулярной эволюции.
       Новосибирск, Изд-во «Наука» СО АН СССР, 1985.
Cедов А.Е. История генетики, запечатлённая в метафорах её языка:
       количественный и структурный анализ. I. Общие принципы
       анализа. Метафорические термины. //Проблемы социолингвистики
       и многоязычия. Москва, Изд-во «Московский Лицей», 1997. С.35-
47. II. Задачи и принципы анализа метафорических высказываний
в проблемных монографиях.//Функциональные исследования по
       лингвистике. Вып. 6. Москва, Изд-во «Московский Лицей», 1998.
       С.20-26.
Хайтун С.Д. Наукометрия. Состояние и перспективы. Москва,
       Изд-во “Наука”, 1983. С.122-150.
Хесин Р.Б. Непостоянство генома. Москва, Изд-во «Наука», 1984.
Чернавский Д.С. Синергетика и информация. Динамическая теория информации. Москва, “Едиториал-УРСС”, 2004.
Шеннон К.: Работы по теории информации и кибернетике. Пер. с
       англ. – Москва, Изд-во иностранной литературы, 1963.
Эволюция генома. Под ред. Г.Доувера и Р.Флейвелла. Москва,
       Изд-во «Мир», 1986.
Black M. Models and Metaphors. Ithaca: Cornell University Press, 1962.
Denton M. Evolution: Theory in Crisis. USA, Bethesda, Maryland: Adler &
       Adler Publishers, Inc., 1986.
Finch C.F. Longevity, Senescence and the Genome. Chicago: The
       University of Chicago Press, 1991.
Fox Keller E.: Refiguring Life: Metaphors of Twentieth Century Biology.
New York: Columbia University Press, 1995.
Goodwin B.C. How the Leopard Changes its Spots.(The Evolution of
       Complexity). London: Weidenfeld & Nicolson, 1994.
Haraway D.J.: Crystals, Fabrics, and Fields; Metaphors of Organicism
       in Twentieth-Century Biology. New Haven: Yale University Press, 1976.
Lakoff G., Johnson M.: Metaphors We Live By. Chicago: The University
       of Chicago Press, 1980.
MacCormac E.R.: A Cognitive Theory of Metaphor. Cambridge (Mass.),
       MIT Press– London, 1985.
Peters R.H. A Critique for Ecology. Cambridge: Cambridge University
       Press, 1991.
Ratner V.A., Zharkikh A..A.., Kolchanov N.A., Rodin S.N., Soloviov V.V.,
       Shamin V.V., Antonov A..S. Molecular Evolution. (Biomathematics.
       Vol. 24). Springer-Verlag: Berlin, Heidelberg, New York, 1996.
Rieger R., Michaelis A., Green M.M. Glossary of Genetics, Classical and
       Molecular. 5th edition. Springer-Verlag, Berlin etc., 1991.
Rose R. Evolutionary Biology of Aging. Oxford: Oxford University Press,
       1991.Wilden A.: System and Structure. Essays in Communication and
       Exchange. 2nd ed. New York: Tavistock Publications, 1980.
Varmus H., Weinberg R.A. Genes and the Biology of Cancer.
 New York: Scientific American Library, 1992.
 

Глава 13.
УСТОЙЧИВОЕ РАЗВИТИЕ В БИОСИСТЕМАХ: НЕКОТОРЫЕ ФЕНОМЕНЫ, ПАРАДОКСЫ И СОЦИАЛЬНЫЕ АНАЛОГИИ.

       
 Некоторые из концепций информации тесно связаны с анализом устойчивости систем. “Фундаментальное значение информации и сейчас ещё является предметом дискуссий. Ясно, однако, что возникновение информации возможно только в неустойчивых процессах.” (Чернавский, 2004, с.260). Согласно развиваемым Д.С.Чернавским в течение последнего двадцатилетия представлениям динамической теории информации, именно в состояниях временных потерь устойчивости (при бифуркациях) может происходить неоднократно обсуждавшееся выше накопление информации системами как “запоминание случайного выбора” (по Г.Кастлеру). Согласно синергетическим моделям, эти события бывают принципиально неожиданными, так как “проявляют себя как качественные скачкообразные изменения состояния системы или режима её развития в ответ на монотонное и медленное изменение параметров” (там же, с.32). Для математического моделирования таких ситуаций используется специальный аппарат - динамические уравнения и фазовые портреты нелинейных систем (там же, глава 2). При этом “...многие из явлений, происходящих в различных областях (физики, химии, биологии) описываются одинаковыми базовыми моделями. Их фазовые портреты тоже одинаковы, что позволяет увидеть общее во множестве, казалось бы, различных явлений. Более того, удаётся уловить общее даже в случае, когда явления с первого взгляда различны, как, например, ход часов и колебания численности популяций в экологии” (там же, с.83). Однако в отношении анализа конкретных биологических явлений здесь делаются лишь первые шаги: например, в 1992 г. была создана математическая модель простого онтогенеза - у миксомицета Dictiostelium discoideum, с анализом социального поведения составляющих его его миксамёб, представленная соответствующими уравнениями и фазовыми портретами (там же, с.167-179). “В настоящее время можно построить более сложную и более детальную модель всего процесса морфогенеза D.discoideum. К сожалению, этого пока не сделано” (там же, с. 179).
       Не будучи специалистом по математическому моделированию, в этой главе автор рассмотрит не математические модели, связанные с устойчивостью биосистем: как правило, они пока ещё слишком упрощённы, чтобы прогнозировать реальные события. Цель этой главы - показать, что «нижние» уровни биологических структур - гены, клетки, эмбрионы - в отношении феноменов устойчивости могут служить источниками некоторых ценных аналогий: наблюдаемые на них закономерности с необходимыми поправками можно пытаться экстраполировать (включая математические модели, уже разработанные для этих объектов) не только в надорганизменные биологические (экологические), но и в социально-экономические и даже политические концепции. Так, в цитируемой здесь монографии Д.С.Чернавский стремится экстраполировать подобным образом модели развиваемой им динамической теории информации - в разделе “Порядок и хаос в обществе (проблемы этики)” и в главе “Информационная сущность денег” (там же, с.231-259).
       Заметим, что сама суть всех социальных проблем биологична: это - жизнь, смерть, здоровье, природа вокруг нас и в нас самих. Каждый из нас - это биосистема, прошедшая большой путь устойчивого развития - от оплодотворённой яйцеклетки в утробе матери до индивида-личности. Подобный путь прошёл каждый из 6 миллиардов живущих наших собратьев, а более или менее сходные пути - вообще все многоклеточные: растения, грибы и животные. Значит, устойчивое развитие – это факт. Остаётся понять, как и почему оно возможно.
       Во многом сюжетам потерь устойчивости был посвящен и раздел о гомологичных транспозициях в Главе 10**. Кроме того, тема «рак и устойчивость», тоже вполне соответствующая сюжету данной главы, в этой книге помещена ниже, в Главе 14, соответствуя и её сюжетам. В данной главе есть лишь некоторые комментарии к ней. Вообще во многом содержание данной главы тесно связано с темами только что названных глав.

Общие аналогии.

       Следует подчеркнуть, что ставший в отечественных текстах общепринятым термин «устойчивое развитие» – неточный русский аналог строгого английского термина «sustainable development». Прилагательное в нём может иметь два смысла, в некотором роде противоположных: «стабильное равновесное» или же «самоподдерживающееся динамическое неравновесное». Именно лишь второй смысл есть в исходном английском термине и оказался затушёванным в общепринятом русском.
       Такую неравновесную устойчивость, о которой идёт речь, мы можем метафорически уподобить езде велосипеда. (Автор надеется, что предыдущая глава убедила читателей в правомерности использования метафор в строгих научных рассуждениях.). Начальные энергетические и информационные ресурсы, подобно минимально необходимой скорости вращения колёс велосипеда, обеспечивают ему общую динамическую устойчивость, хотя в каждый отдельный момент времени эту систему можно рассматривать как неустойчивую. К этому, однако, следует добавить синергетические представления о неожиданной неустойчивости при плавном изменении параметров системы, о которых шла речь в начале этой главы.
       Сравним геном (все последовательности ДНК особи, в том числе и кодирующие её генетическую информацию) с мозгом (в частности, -с мозгом велосипедиста): и геном, и мозг - это работающие информационные центры систем. Тогда онтогенез подобен пути по известной местности (её когнитивная карта имеется в мозгу велосипедиста), а эволюция - по местности незнакомой. Помимо проб и ошибок (чисто дарвиновской эволюции), есть навыки езды и принятия решений, а также общие представления о типе ландшафта (эволюционное прошлое, запечатлённое в геноме и активно используемое в «пути»).
       Существует четыре вида упрощённых образных представлений устойчивости. Если их уподоблять ситуациям с велосипедистом на тех или иных отрезках его пути, то им соответствуют езда по плоскости, по гребню, в жёлобе и по насыпи с жёлобом внутри неё. Но, естественно, реальные рельефы - гораздо богаче: есть различные наклоны местности, а также то или иное количество бифуркаций - неожиданных ситуаций, каждая из которых требует быстрого - без падений - решения и выбора путей. (Здесь метафора падения соответствует эволюционному тупику с вымиранием или гибели в онтогенезе).

Ещё раз об уровнях биосистем.

       Строго говоря, каждый из нас - это экосистема. Усваивать пищу каждый из нас может благодаря миллиардам симбионтов - кишечных палочек. И более того: как показывают данные молекулярной генетики, каждая клетка нашего тела - это очень далёкий потомок клеток-симбионтов - предков ядра с цитоплазмой и предков митохондрий. Клетка - предок эукариот возникла как двухкомпонентная, а у предков растений - как трёхкомпонентная экосистема. Она сформировалась, соответственно, из двух и из трёх организмов с изначально автономными геномами: наиболее информационно богатого (ядра и общего вместилища - цитоплазмы), наиболее энергетически активного и способного работать на кислороде (пурпурных несерных бактерий - предков митохондрий) и способного использовать солнечную энергию (сине-зелёных бактерий - предков пластид). В первую очередь экология - это неотъемлемая часть биологии: исторически (т.е. эволюционно) первичные её объекты - надорганизменные уровни жизни, а затем уже то, что порождено жизнью одного из видов - наших собратьев (культуры, цивилизации, техносфера и её экологические воздействия, социальные и экономические структуры и прочие антропогенные феномены). Межуровневые аналогии бывают весьма плодотворными - надеемся, что выводы Главы 10** убеждают в этом. Мы видим это также на двух примерах исторически подтверждаемых концепций:
- метафоры Рудольфа Вирхова и Чарльза Спенсера, представляющей организм как государство клеток (см. в Главе 14** о раке и психо- и социопатологиях);
- представлений, основы которых были заложены В.И.Вернадским и множеством биохимиков: схемы метаболических путей отображают как описанный Вернадским целостный химизм биосферы, так и биохимические процессы в некоем обобщённом организме или клетке, в которых содержатся все метаболические блоки, в разных таксономических группах представленные вместе или порознь.
       Многоуровневость биосистем хорошо известна; детально мы обсудили её в Главе 10. Повторим, что структурные иерархии их уровней (физическая организация) зачастую не изоморфны иерархиям функциональным (логико-семантической организации), а те и другие - иерархиям классификационным. Последние являются идеальными объектами и отображают наши знания о сходствах, отражающих или не отражающих отношения эволюционно-генетического родства.
       Отношения всего лишь двух элементов в системе бывают различными: аддитивность, антагонизм, более или менее детерминированное управление одного элемента другим, а также разнообразные варианты синергизма. А даже тройные (тринарные) отношения, как мы знаем из математики, приводят к гораздо большему количеству непредсказуемых событий, чем двойные (бинарные). Всё это приводит к эмерджентности систем. Все эти типы отношений бывают не только между элементами одного структурного уровня, но и между уровнями. И здесь важно понимать, что философские понятия «холизм» и «редукционизм» необходимы, но отнюдь не достаточны: ведь реальные биосистемы - многоуровневые. Различные аспекты многоуровневой организации биологических систем и взаимодействий между их уровнями мы рассмотрели в Главе 10**. Там же предложен неколичественный логический подход к анализу устойчивости биосистем, позволяющий сравнивать переносы их элементов (транспозиции) на различных структурных уровнях – от кодирующих макромолекул до биоценозов.

       О "генной логике".
 
       В своей наиболее функциональной и интересной части геном - это информационная программа устойчивого развития организма. Содержание генетических текстов долгие годы оставалось «белым пятном» в картине мира, но вот уже 27 лет как генетики активно читают (секвенируют) генетические тексты многих видов. Полностью прочитаны геномы десятков видов прокариот, биохимически и генетически чрезвычайно различающихся (в частности, кишечной палочки), одного из самых простых эукариот - дрожжей, риса, круглого червя Coenorhabditis elegans, дрозофилы и человека. Параллельно с расшифровкой этого «лексикона» интенсивно пытаются понять «грамматику» и «синтаксис» ДНК-текстов.
       Теперь ясно, что геномы содержат не только программы и алгоритмы, но и, опять выражаясь метафорически, «архивы» (в том числе и «черновики»), и «творческие наброски». В ДНК-текстах есть ритмические и смысловые повторы - рефрены и "ритмы" (периодические повторы), "мотивы" и "рифмы". Это роднит генетику с поэзией и музыкой. В Главе 12 подробно описано наше исследование истории тех метафор генетиков, которые стали общепринятыми генетическими терминами. Оно выявило своеобразный парадокс. Для объектов «верхних» уровней, обладающих «свободой воли» - популяций, семей, особей - используются квази-физические термины, созданные в основном в 1940-х-50-х гг., а для объектов «нижних» уровней, изучаемых именно физико-химическим инструментарием, лексика - наряду с кибернетическими и лингвистическими терминами, созданными в 1960-х и в начале 1970-х гг. - всё более обогащается терминами био- антропо- и социоморфными, описывающими гены как маленькие живые сущности, способные к самостоятельным направленным действиям. Иными словами, судя по изначальным смыслам, заключённым в этих терминах, гены и прочие участки ДНК, существующие и часто выполняющие те или иные функции в геномах, – это объекты со «свободой воли». Это соответствует представлению об «эгоистичных генах», которое предложил Р.Докинз в 1976 году и развили до уровня научной концепции Л. Орджел и Ф.Крик в 1980 году. Возможно, такие представления о генетических элементах в дальнейшем приведут к переносам когнитивных моделей из надорганизменных биологических, а также социальных, дисциплин «вглубь живого» - в подходы к изучению геномов и генов.
       Не исключено, что самостоятельность в поведении и проявлении генетических элементов тоже удастся интерпретировать как их неравновесную динамическую устойчивость в «контекстах» генома, организма в целом, их онтогенетических и эволюционных судеб.
       В конце 1970-х гг. в генетике произошла смена парадигм. У эукариот были обнаружены информационная прерывистость генов при физической непрерывности участков ДНК, кодирующих каждый такой ген (экзон-интронная организация генов), физическая нестабильность и переносы ряда генов и генных блоков в геномах («прыгающие гены» и прочие мобильные генетические элементы). (Голубовский, 2000).
       Здесь мы ещё раз - теперь обсуждая проблемы устойчивости - как и в Главе 12, коснёмся феномена двух структурных уровней - генного и геномного. Задолго до всех открытий, перечисленных в предыдущем абзаце, был открыт «холистический» феномен, который генетик Стёртевант в 1925 году назвал «эффектом положения» гена. Суть его – в том, что работа некоторых генов зависит от того, в какое место хромосомы они помещены. Экспериментальные и аналитические методы, разработанные в 1970-е – 1980-е годы, позволили выявить «редукционистский» феномен (на наш взгляд, он осмыслен явно недостаточно - в частности, у него даже нет названия): у разных организмов и для разных генных систем показано, что один «прыжок» фрагмента ДНК в новое место генома связан со множеством «прыжков» других фрагментов, перестройками частей хромосом и т.д.. Есть ли аналогичные процессы в других известных нам системах? Ведь этот феномен подобен тому, как если бы перенос маленького домика в городе привёл бы к переносам многих других домов и даже перестановкам целых кварталов в черте города. Говорят, нечто подобное имеется в гибких автоматизированных производствах. А где ещё?.. Значит, «простое» перемещение элемента может порождать в системе каскады непредсказуемых и непонятных (пока или вообще - ?) событий с другими элементами и их блоками. Это -явно информационные процессы, так как происходит “запоминание случайного выбора” - участки информационных макромолекул встраиваются в новые позиции в геноме и могутвызывать новые эффекты. Здесь неустойчивость (т.е. перемещение) одного элемента в системе приводят всю её в такое нестабильное состояние, при котором она достигает новой устойчивости посредством «эндогенной реорганизации» самой себя. В рамках динамической теории информации такие феномены не рассматриваются.
       Судя даже по последовательностям ДНК, их эволюция была «плюралистичной»: способов их эволюции - гораздо больше, чем эволюционных теорий в головах наших коллег. Есть гены и другие участки ДНК, эволюционировавшие «по Дарвину» - методом проб и ошибок (случайные мутации плюс естественный отбор), есть и «нейтралистские» - только мутировавшие, причём как с постоянными и сходными, так и с различными скоростями. Кстати, на сравнениях равномерно мутирующих участков ДНК базируется концепция «молекулярных часов», а на ней - ДНК-РНК-систематика всех исследованных в этом отношении организмов и реконструкция всей многоаспектной и многомасштабной картины эволюции жизни на Земле - предмет диссертации автора (Седов, 1994). А есть и другие участки ДНК - генные семейства, эволюция которых не понятна, но явно она происходила в результате сборок (возможно, управляемых системой как целым) новых генов из модулей, содержавшихся в исходных, более древних генах. Нет в геномах, пожалуй, лишь адекватной перекодировки опыта фенотипов в коды генотипов: наследственность не столь «угодлива», как того хотел Т.Д.Лысенко и «иже с ним». Какую долю составляют «дарвинистские» гены - 5% или 50% - сказать трудно. Во всяком случае - не 100%. Всё это многообразие событий, происходящих с информационными макромолекулами, находится на стадии выявлений и феноменологических описаний и не поддаётся единому теоретико-информационному анализу (до сих пор - или же в принципе).
       Природа «изобретает» генные конструкции буквально на наших глазах - в ответ на создаваемые людьми новые химические соединения и воздействия ими на клетки и организмы. У насекомых это генетические системы устойчивости к ДДТ, у бактерий - плазмиды биодеградации полифенольных соединений и ген нейлон-ксиланазы, позволяющие им питаться продуктами химизации, в раковых опухолях - новые функции семейства генов mdr - защита опухоли от митостатиков растительного происхождения (см. в Главе 14**).
       Это обилие способов и феноменов генной эволюции представляется автору важным предметом для размышлений политиков и экономистов. Россия пытается выбраться из тоталитаризма в открытое сообщество. Но, увы, нередко коммерциализация приводит к разрушению уже существующих и необходимых социальных инфраструктур: науки, просвещения, некоммерческих искусств, культурных связей, энергоснабжения. Автор полагает, что упование на то, что лишь стохастические процессы рынка могут порождать механизмы устойчивого развития - это следствие догматически преподанного в школах и дурно усвоенного дарвинизма. Для планирования и прогнозирования будущего необходимо понять прошлое, отображаемое, подобно генетической программе, в нашем физическом пространстве с его богатым прошлым, в разных «стилях» эволюции, воплощённых в многообразии ландшафтов, этносов, вер, памятников, социальных и технологических объектов и навыков. Биологам дарвинизм необходим, но явно не достаточен; всем прочим мыслящим людям - тоже. Всё большее значение приобретает анализ номотетических, внутренних механизмов индивидуального развития и эволюции - в том числе генетических (Голубовский, 2000; Корочкин, 2002; Чайковский, 2003).

Гены, рак, психо- и социопатологии и кризисы надорганизменных биологических систем.

       В следующей главе подробно рассмотрены многие конкретные свойства различных раковых клеток и содержащих их злокачественных новообразований. Оказывается, что во многих аспектах информационные явления в них подобны таковым у индивидов и обществ тоталитарного типа. Там же проведены многочисленные конкретные сопоставления. Здесь читателю следует обратиться к соответствующему разделу в следующей главе, а затем вернуться к данному разделу для обсуждения проблем устойчивости этих систем.
       Следует подчеркнуть, что у разных форм рака есть свои собственные, весьма разнообразные и изощрённые, стратегии устойчивого развития этих патологий, нарушающие устойчивость развития и существования организма в целом и в результате так или иначе убивающие его «во имя и во благо» болезни - своей, раковой системы. Здесь уместно вспомнить предложенную Г.Дришем концепцию эквифинальности (наличия в онтогенезе того или иного организма немногих дискретных канализованных вариантов, приводящих различными путями к одному результату), и введённое К.Уоддингтоном понятие «креод» (означающее устойчивую автогенетическую траекторию того или иного фрагмента онтогенеза от одной бифуркации до другой). Около сотни нозологических единиц, общая особенность которых - злокачественность новообразований, - это, пользуясь нашей метафорой, тропки, ведущие велосипеды в пропасть, или, пользуясь названием романа А.Грина - «дороги никуда». Зачем в сложнейших процессах онтогенезов, оптимизированных эволюцией и запечатлённых в наследственных программах, понадобились такие досконально «проработанные» сложные сценарии общего краха, устойчиво-гибельных путей? Ведь парадоксально и то, что возникая в эволюции, эти системы не могут наследоваться, так как из-за них гибнут их носители - вместе с соответствующей наследственной информацией.
       Кризисы и катастрофы личностей и социумов, как мы увидим в следующей главе, весьма похожи на эти сюжеты.
       Здесь вспоминаются и события на других уровнях биосистем: эволюционные тупики организмов и таксонов, локальные и глобальные кризисы экосистем... В последние годы происходит взаимообмен представлениями об устойчивости систем и динамике кризисов между биологами и гуманитариями, работа над созданием единой концепции кризисов - космических, биологических и цивилизационных (Назаретян, 2001). Феноменология кризисов в истории Земли и жизни на ней и гипотезы об их причинах (в том числе и взаимно альтернативные) рассмотрены с позиций палеонтологии (Еськов, 2000), а также геохимии и геофизики с привлечением палеонтологических данных (Резанов, 2003).
       Даже нормальные гены (mdr), белки которых работают в мембранных каналах в качестве «молекулярной помпы» - очищая клетку от чужеродных молекул, - в раковых клетках служат для защиты рака от нескольких лекарств, имеющих разные структурные формулы (колхицин и винбластин), получаемых из совсем разных растений (соответственно, из безвременника и барвинка), способных рвать тубулиновые веретёна, которые разводят хромосомы по дочерним клеткам при делении клеток, и этим убивающих самые быстро делящиеся клетки - раковые. Зачем это организму, и как эта раковая стратегия возникла и поддерживается в рядах поколений? Ведь с гибелью больного гибнет вся эта система, не наследуясь. Этот феномен явно заставляет задуматься о телеономии.
       Не похоже ли устойчивое развитие рака на устойчивость тоталитарных социальных систем, а автолиз опухоли - на кризисные явления при деструкции таких систем?
       Надо сказать, что пока ещё есть «белое пятно» между генетическими и клинико-экологическими знаниями о раке. Рак - системная многоуровневая патология, но ещё не изучены механизмы запуска описанных выше систем с «верхних» уровней - дефектами питания и режима, запредельными стрессами, нарушениями иммунитета, многими мутагенами. Это - задачи будущего. И - в контексте наших аналогий - посредством каких процессов человечество могло порождать устойчивые государства с патологическими социальными ценностями?..

       Феномены биологии развития.

Как работают гены в онтогенезе? Это - огромная отдельная тема. «Бум» в генетике развития - изучение морфогенов, определяющих членистость во многих типах животных ( у позвоночных, включая нас с Вами, это - позвонки, рёбра, нервные корешки и т.п.). Подобные гены управляют членением стеблей и цветков у растений. Упомяну о недавно открытом феномене, который можно назвать иерархической модульностью генов. У мыши есть группа гомеозисных генов, продукты которых - белки-морфогены - в норме определяют деление тела на основные сегменты - голову, грудь, брюшко, хвост. Если же экспериментально включить эти же гены на более позднем этапе развития - в лапке -то они делают то же, но уровнем ниже: расчленяют её на плечо, предплечье, пясть и фаланги. Очевидно, по крайней мере у всех позвоночных эти генные системы сходны.
       Вообще - проблема, которую известный эмбриолог и генетик К.Уоддингтон означил ещё в 1962 г., назвав свою монографию “New patterns in genetics and development” (в русском издании 1964 г. - «Морфогенез и генетика»), остаётся открытой. Форма, паттерн организма - и его генетический текст. Что здесь чем в развитии управляет - не ясно до сих пор. Тогда же Уоддингтон ввёл понятие «креод», именуя так трек устойчивости в развитии (для велосипедиста - подобный проложенному в насыпи жёлобу и вообще хорошо освоенному участку пути). В целом онтогенез эквифинален (это открыл Г.Дриш ещё раньше - в начале века): как ни «отклонять» зародыш в большом диапазоне экспериментальных воздействий - он, и даже отдельные его клетки, весьма устойчиво и целенаправленно возвращаются к норме, стремясь сформировать организм. Однако некоторые крайне редкие особи, признаки которых сильно отклоняются от норм своего микротаксона, (как показал А.С.Раутиан на большом музейном материале по куриным птицам), как раз и могут становиться материалом для макроэволюции: у них имеются те или иные признаки ближайших макротаксонов. Эти данные соответствуют эволюционной концепции “перспективных, или многообещающих, уродов”, предложенной Р. Гольдшмидтом (Goldschmidt, 1940), недооцененной его современниками (Воронцов, 1999) и всё более высоко оцениваемой в применении к разнообразным феноменам макроэволюции в последние годы (Воронцов, 1999; Голубовский, 2000; Корочкин, 2002; Чайковский, 2003). Подобно этому, возвращаясь к нашей метафоре устойчивости, - велосипедист способен достичь цели многими известными ему путями, пока он находится в знакомой ему местности - но, если она ограничена горами и болотами, то, выехав за её пределы, он либо погибнет (что наиболее вероятно), либо он и его потомки не только обретут новые нужные навыки, но и, возможно, изобретут из велосипеда новые средства передвижения по горам и болотам. Заметим, что с этих позиций размножение “многообещающих уродов” соответствует идеям динамической теории информации: это - “запоминание случайного выбора”, генерация редкой и ценной информации.
       Кстати, именно на явлении эквифинальности базируются методы клонирования особей из ядер отдельных клеток - уже полвека как известные генетикам, в последние тридцать лет интенсивно развиваемые, но лишь недавно столь воспетые журналистами. Даже после многократных делений клеток в культуре геном клетки-потомка содержит всё для развития целого организма (в частности, овцы Долли); исключение составляют лишь системы контроля над его старением.
       Насколько индивид несёт в генах культурную и социальную информацию человечества? Ведь у всех бисексуальных существ Земли, включая нас с Вами, самокоррекция генома («мозга» клетки) происходит благодаря взаимным сверкам двух копий, составляющих его и полученных от родителей, каждый из которых - представитель огромной генеалогии, дихотомически ветвящейся вдоль оси времени - не только исторического, но и глубоко доисторического - туда, где в истории Земли впервые возникло половое размножение. «Make love not war!»: наша сила в полиморфизме - не только этническом, но и общебиологическом, в контексте генофонда Земли. Изучение сходств разнообразных ДНК-текстов разнообразных живых организмов всё более показывает, насколько связано родством всё живое на Земле. Многочисленные исследования показывают, что устойчивость экосистем планеты и всей её биосферы тесно связана с многокомпонентностью экосистем, а значит, - с информационным разнообразием, запечатлённым в геномах составляющих их организмов.
       Важнейший аспект онтогенеза - нейрогенез. Будущие нейроны «знают», сколько им ползти в радиальном направлении, формируя мозг, и найдены гены, это «знание» кодирующие. Затем происходит программируемая гибель многих из этих клеток - на некоторых этапах гибнет до 20000 клеток в минуту. Открыт и интенсивно изучается ген клеточного самоубийства - апоптоза (p53), важный также при развитии рака и при старении организма. А затем нейроны отращивают свои связи - аксоны и дендриты - навстречу друг другу. При этом имеют место как собственные, - «нащупываемые» стохастические поиски партнёров, так и детерминируемый «сверху», «холистический» паттерн - в частности, системы клеток-«маяков» - «вешки», к которым эти связи растут. Взрослые нейроны не размножаются: они «сильны» своими связями - не столько трофическими (питающими их), сколько информационными - подобно мыслящей и творческой части социума. Основной «прирост населения» клеток в организме - не их функции. В мозге имеются питающие их клетки глии; их в мозге - в 10 раз больше, чем нейронов. В информационном аспекте - в нейронах работают гораздо большие количества генов, чем в клетках других тканей; кроме того, именно для генов, специфически работающих в нейронах, весьма типичен альтернативный сплайсинг: с одного гена синтезируется несколько разных функциональных белков, по-разному транслируемых с блоков мРНК. Такое сочетание “свободы воли” будущих нейронов, обладающих собственными программами поведения, их информационной нагруженности с информационной компактностью, вероятно, является одной из важных причин устойчивости деятельности мозга, его “голографичности”: из медицинской практики хорошо известно что многие и разнообразные физические повреждения головного мозга не приводят к нарушениям его деятельности.
       Здесь, как и при анализе клеточных и организменных феноменов канцерогенеза, автору представляются правомерными биосоциальные аналогии: между пирамидными нейронами коры мозга - и управленцами, ассоциативными нейронами коры и подкорки - и людьми искусства, нейронами когнитивной коры - и учёными. Насколько такие аналогии правомерны - покажет время. Надежды вызывают междисциплинарные аналогии, порождаемые моделями динамической теории информации, о которых сказано выше в этой главе.

       Свобода и детерминизм систем и их элементов.

       На всех структурных уровнях начиная с нижнего - с информационных макромолекул - биологические системы являются системами информационными (по Д.С.Чернавскому), т.е. способными принимать, хранить и генерировать информацию, осуществляя и запоминая тот или иной случайный выбор. При этом в целом факторы, обусловливающие устойчивость биосистем, представляются автору следующим образом. Сами элементы того или иного уровня, осуществляя собственные информационные “шаги” - как искомые стохастическим поиском, так и детерминированные (генетически и/или эпигенетически) - взаимодействуют с содержащими их целостными надсистемами. Эти взаимодействия могут представлять из себя как информационные «шумы» (например, мутагенные факторы или не “предсказуемые” для элементов стохастические флуктуации параметров окружающей среды), так и жёсткие “инструкции” (например, кортикальный контроль простых рефлексов), и гибкие “консультации” (примеры - вариативная экспрессия многих генов, пластичность в онтогенезе и в работе нейронных структур). Таким образом, “свобода творчества” самих информационных элементов сочетается с воздействиями на них паттернов целостных информационных биосистем более высоких структурных уровней. В терминах биосемиотики, биосистема так или иначе интерпретирует свои элементы как знаки, а эти элементы, сами будучи информационными системами (по Кастлеру-Чернавскому), в свою очередь, тоже интерпретируют компоненты своих надсистем как знаковое окружение - собственную специфическую смысловую среду (Umwelt). Позволим себе социальную аналогию: это подобно взаимодействиям культурного наследия социума с формирующейся в нём личностью - просвещению и его следствиям. Здесь и для элементов - личностей, и для их систем опасны как жёсткий детерминизм (тоталитаризм), так и слепой «стохастицизм» (анархия).
       В анализе соотношений детерминированных и стохастических явлений отчасти помогает теория информации. Для таких эволюционировавших информационных систем, как человеческие языки, по формуле К.Шеннона вычислены коэффициенты избыточности, отображающие информационные соотношения детерминизма и случайности. Так, тексты, написанные на европейских языках, лишь на 20% стохастичны, а на 80% они определяются их эволюционным прошлым, запечатлённым в структурах - морфологии, грамматике и синтаксисе. Судя по многим косвенным данным, эти соотношения сходны и в других информационных системах, включая биологические системы, науку, государства и более локальные и частные социальные структуры. Это следует учитывать для различных систем - физических, биологических, когнитивных, технических, экономических и социальных. (В частности, анализу причин этого соотношения были посвящены многолетние исследования покойного отца автора - профессора Е.А.Седова, описанные в Главе 5**.). Однако вычисления информации в конкретных системах, как правило, затруднительны или невозможны - по многим причинам, обсуждавшимся в предыдущих главах. Вкратце напомним и то, что “особое значение имеют две особенности шенноновской информации. 1). Шенноновская информация никак не связана со смыслом передаваемого сигнала. В его концепцию информации никак не входят такие её аспекты, как осмысленность или бессмысленность, полезность или бесполезность и т.д. 2). Шенноновская информация относится к замкнутым системам.” (Хакен, 1991, с.35).
       Будучи одним из членов научного сообщества, здесь автор не может обойти молчанием ещё одну важную тему. Возможно, методы теории информации помогут решать задачи, важные для развития науки - оптимизировать соотношения между детерминированными и поисковыми направлениями научных исследований. Если работа каждого сотрудника РАН будет жёстко детерминирована рамками большого общеинститутского проекта, предлагаемого вышестоящими инстанциями на несколько лет вперёд (как следует из директив по институтам РАН в 2003 г.), то это может парализовать личностное творчество людей науки, делая из них клерков-исполнителей, не имеющих возможностей быстро переключиться ни на какие новые задачи, которые могут возникать в процессе их собственных исследований. С другой стороны, автору представляется, что система грантов необходима, но не достаточна: она даёт некоторые возможности для самостоятельного научного поиска, но сама по себе может оказаться слишком стохастичной в отношении тех важнейших больших направлений науки, которые нужно стратегически планировать. Однако каждое такое направление представляется целесообразным “привязывать” не к тому или иному одному институту, а к той или иной стратегически планируемой межинститутской научной программе: ведь среди важнейших проблем - немало междисциплинарных. Оптимизация научного творчества на всех структурных уровнях науки, когнитивных и институциональных, - это важнейшее условие устойчивого развития не только самой науки, но и всего того общества, в котором она существует: ведь известно, что 70% совокупного дохода всех стран обеспечивается наукоёмкими технологиями. В этом отношении в России всё большую тревогу вызывает крайне опасный дефицит научных ресурсов: финансирование отечественной науки продолжают сокращать, не аргументируя. Оно уже более чем в 300 раз меньше, чем в США, и даже в 10 раз меньше, чем в Южной Корее.
       Используем вновь две наших метафоры: велосипедиста - по отношению к развивающемуся обществу, и нейронов когнитивной коры - к его людям науки. Очевидно, что велосипедисту, быстро едущему по незнакомой местности и при этом пытающемуся обойтись без когнитивных нейронов собственного мозга, на устойчивость рассчитывать нельзя.

ЛИТЕРАТУРА

Воронцов Н.Н. Развитие эволюционных идей в биологии. Москва, УНЦ ДО МГУ, Прогресс-Традиция, АБФ, 1999.
Голубовский М.Д, Век генетики: эволюция идей и понятий. Санкт-Петербург, Изд-во “Борей Арт”, 2000.
Еськов К.Ю. История Земли и жизни на ней. Москва, МИРОС, 2000.
Корочкин Л.И. Биология индивидуального развития. Москва, Изд-во МГУ, 2002.
Назаретян А.П. Цивилизационные кризисы в контексте Универсальной истории. Москва , Пер Сэ, 2001.
Резанов И.А. Жизнь и космические катастрофы. Москва, АГАР, 2003.
Хакен Г. Информация и самоорганизация. Макроскопический подход к сложным системам. Москва, “Мир”, 1991.
Чайковский Ю.В. Эволюция. Москва, Центр системных исследований -ИИЕТ РАН, 2003.
Чернавский Д.С. Синергетика и информация. Динамическая теория информации. Москва, Едиториал УРСС, 2004.
Goldschmidt R. The Material Basis of Evolution. New Haven, Yale Univ. Press, 1940.

Глава 14.

КАК РАЗНООБРАЗНЫЕ БИОЛОГИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ МОГУТ СЛУЖИТЬ ДЛЯ СОЦИАЛЬНЫХ АНАЛОГИЙ.

       Как было сказано в ряде предыдущих глав, в теории информации и кибернетике одни и те же модели могут служить для описания и анализа систем, имеющих самую различную физическую (в широком смысле) природу. Здесь мы рассмотрим разнообразные биологические информационные процессы, которые представляются автору ценными для осмысления в гуманитарных аспектах.
       Изучение острейших экологических проблем, построение сценариев локальных и глобальных антропогенных катастроф, анализ настоящего и прогнозирование возможных вариантов будущего как для отдельных экосистем, так и для биосферы в целом, выяснение роли человечества в ней, всё более опираются на математические модели, порой с использованием имитационных виртуальных систем. Достаточно ли лишь таких аналитических моделей для прогнозирования? На наш взгляд, весьма полезными могут оказаться аналогии - поскольку и они могут становиться источниками для будущих общесистемных моделей.
       Нередко информационные особенности конкретных биосистем - даже базирующихся на физически малых структурах и мало заметных процессах - могут иметь огромный семантический вес, причём и он может варьировать в разных «контекстах», т.е. сюжетах и сценариях. Здесь уместны образные цитаты: «Мал золотник, да дорог», «Не было гвоздя – подкова пропала…». Обычно такие параметры не формализуемы - до поры-до времени или же в принципе. (Весьма похожи на них меры ценности в экономике - стоимости. Однако из нашей социальной практики все мы видим, что современные экономисты далеко не всегда способны прогнозировать дефолты, кризисы и изменения курсов денежных единиц.). Поэтому плодотворными для понимания и прогнозирования тех или иных ситуаций могут стать не только логико-аналитические и математические модели, но и аналогии между реальными событиями, базирующимися на физически совершенно разных объектах, однако чрезвычайно сходными в структурных, информационных и семиотических аспектах. При этом нередко в тех или иных из соответствующих предметных областей уже есть и соответствующие математические модели, которые могут быть тоже использованы по аналогии и экстраполированы в другие области – разумеется, с соответствующими эмпирическими поправками и дальнейшими формализованными и/или экспериментальными проверками.
       Физически небольшие биосистемы зачастую удаётся анализировать и моделировать как бы «в треугольнике» методологий - ‘in vitro’, ‘in vivo’ и ‘in virtuo’. (Предлагаемый здесь автором, последний неологизм представляется более удачным и по смыслу, и по созвучию, чем ‘in silica’, уже применяемый для компьютерных моделей.). Разные «стороны» этого «треугольника» служат для взаимной проверки гипотез – доказательств, уточнений, опровержений. Яркий пример такого подхода – сочетания генной инженерии с геномной биоинформатикой. При этом первая «сторона» (in vitro) – это анализ выделяемых генетических систем аналитическими методами молекулярной биологии (в значительной степени физико-химическими и энзимологическими) и создание из них разнообразных новых комбинаций; вторая (in vivo) – их введение в живые клетки и организмы (трансформация, трансгеноз) и изучение их работы в них; третья (in virtuo) – компьютерный анализ первичных структур их самих и их белковых продуктов, позволяющий выявлять в них предполагаемые функциональные гомологии и определять их пространственные структуры для дальнейших предположений о том, как они работают в живых системах. Так треугольник замыкается... Нечто логически сходное целесообразно применять и для информационных макросистем - биологических, технических, гуманитарных.
       Посмотрим, насколько продуктивными могут быть аналогии между различными биологическими феноменами и теми явлениями, которые традиционно считаются предметами гуманитарных наук. Рассмотренные ниже примеры показывают, что для более глубокого понимания и анализа психологических и социальных проблем весьма неожиданно оказываются полезными знания о конкретных биологических системах различных уровней - генах, клетках, особях, популяциях. Конечно, переход от аналогий к построению моделей потребует введения тех или иных конкретных поправок; в целом же аналогии, изложенные ниже и предоставляемые на суд читателей, представляются автору весьма убедительными. В качестве источников таких аналогий знания именно о биологических системах гораздо более ценны, чем сведения из физики, химии, астрономии. Это объясняется тем, что, в отличие от объектов этих наук, лишь биосистемы - так же, как и социальные системы - являются информационными в представлениях динамической теории информации: они могут получать, хранить и генерировать макроинформацию, осуществляя ”запоминание случайного выбора”. Отметим, что разнообразные и многочисленные модели биосистем - как когнитивные (включая математические), так и эмпирические (включая экспериментальные) - всё ещё почти не осмыслены гуманитариями. Основная причина этого - их слабые представления о современной биологии, в России ещё и отягощённые старыми идеологическими клише – неприязнью к «вульгарной биологизации». Однако люди – живые существа, и потому по сути все социальные проблемы имеют биологические основы: это - жизнь, смерть, здоровье, природа вокруг нас и в нас самих.
       Вот лишь некоторые сюжеты современной биологии, к которым хотелось бы привлечь внимание гуманитариев.

       От динамики численностей популяций - к количественной демографии.

       Одна из причин того, что в отличие от прошлых антропогенных экологических кризисов, современный кризис имеет глобальный характер - это резкий и неуклонный рост численности людей на Земле и их суммарных ресурсных потребностей. Экстраполяции глобальных демографических оценок приводят к неутешительным прогнозам. На соответствующей кривой, абсцисса которой - время всей письменной истории, с середины 19 в. начинается резкий подъём. В те годы цивилизованное человечество почти победило своих природных врагов - возбудителей многих инфекций, и потому в развитых странах резко упала детская смертность. (Небел, 1993. Т.1, с.138- 183).
 Такую же S-образную динамику выхода на новое «плато» имеют графики для популяций любых видов, освободившихся от одного или нескольких прежних врагов (хищников, паразитов, конкурентов) или других лимитирующих факторов среды (например, ограниченности того или иного ресурса). Однако показано, что количественные параметры и особенности изменений таких кривых зависят и от конкретных биологических особенностей того или иного вида организмов. Поэтому для того, чтобы понять, какие перспективы возможны для человечества в ближайшие десятилетия, - «плато» численности на каком-либо новом уровне, спад численности или катастрофа - необходимы не только математические модели, но и анализ эмпирических явлений - рост численности популяций экологически разных биологических видов. Кстати, так же выглядят кривые роста и на надвидовом уровне – например, количества видов насекомых - паразитов сельскохозяйственных культур, которые за последние 40 лет смогли выработать генетические и биохимические механизмы устойчивости к ДДТ и его производным. Дело в том, что эти химикаты избавили их от природных врагов: их накопление оказывается смертоносным для хищных птиц и млекопитающих. (Небел, 1993. Т.2, с.7-24). Такие нарушения фауны происходят буквально на наших глазах, и их анализ, проводимый зоологами, может помочь демографам и экспертам-футурологам. Возможно, им могут быть полезными и другие модели математической и эмпирической экологии: конкуренции между близкими видами и исключения одного из них (принцип Гаузе), «хищник-жертва» (модель Вольтерра-Лотки) и т.п. . Мальтузианство опасно и порочно вовсе не выявлением реальных проблем, а антигуманными рекомендациями по их решению.

       От генов в популяциях - к «культургенам» (мемам) в истории культуры.

       В последние десятилетия аналогиям между генами и дискретными феноменами культуры («культургенами», или мемами) посвящены многие публикации социобиологов и культурологов. К сожалению, на русский язык они не переведены и у нас почти не известны. Здесь мы лишь назовём их авторов: Alexander R. D., Boyd R., Cavalli-Sforza L.L., Durham W.H., Feldman M., Lumsden C. J., Richerson P.J.. Сведения о путях многих народов, их языков, невербальных традиций, историки теперь сверяют со сведениями о человеческих генах и других участках ДНК, маркирующих исторические пути расселения сотен различных народов. (Cavalli-Sforza, 1995).
       Как генам, так и мемам присущ ряд фундаментальных свойств: размножение и передача потомкам, мутации и рекомбинации, отбор и статистический дрейф, миграции и потоки с живыми носителями, взрывы инноваций и многие другие процессы, которые биологи изучают как микроэволюционные.
       Вот лишь один пример. Известно, что накопления различий в сходных участках ДНК у потомков в результате точковых мутаций (замен нуклеотидов) – это одна из причин дивергенции генов и их смыслов в эволюции; это было строго показано начиная с 1960-х гг., когда биологи начали секвенировать и сравнивать белки эволюционно близких организмов (в первую очередь - позвоночных животных). Представители гуманитарных наук лишь в последние годы обнаружили аналогичный информационный процесс в истории религиозных текстов и их смыслов (историк А.Коротаев, устное сообщение). Подобно мутациям в генах, в 17 в. в России накопление разных ошибок разными переписчиками Библии привело к смысловой дивергенции текстов, а затем и к социальной дивергенции - к религиозному расколу. В иудаизме, напротив, процесс переписывания каждой буквы Торы считается священнодействием и происходит медленно, следствия чего - безошибочность текстов и консервативность традиций (как, например, консервативны гены гистонов многоклеточных). Заметим, что в обоих случаях речь идёт об информационных структурах, имеющих текстовую организацию, являющуюся причиной сходств между соответствующими историческими и эволюционными процессами.

       Эволюционные аспекты современной генетики - источники аналогий для анализа развития социальных систем.

       Происходит ли эволюция систем – биологических, социальных и прочих – исключительно по Ч.Дарвину, т.е. «методом проб и ошибок», подвергающихся затем отбору? Безусловно, этот вопрос фундаментален, и от ответа на него зависит не только мировосприятие, но и конкретные позиции и действия в отношении различных эволюционирующих систем, включая социальные и экономические.
       Теперь стало ясно, что информация, хранящаяся в ДНК, - это не только программы (алгоритмы) обмена веществ, поведения и развития клеток и организмов. Это - и «архивы» (в том числе «черновики»), и «творческие наброски». В ДНК-текстах есть множество разнообразных ритмических и смысловых повторов - рефренов, «мотивов» и «рифм» - как чисто структурных, так и функциональных, среди которых есть и очень значимые (см. ниже). Это роднит генетику с поэзией и музыкой. Судя по истории генетических терминов, набирают силу представления о том, что и сами гены живут и действуют (Седов, 2000а, 2001; см. Главу 12). Автор предполагает, что за этим последуют и обратные переносы моделей: как из надорганизменных биологических, так и из социальных дисциплин - «вглубь живого», в изучение геномов и генов. Верно ли это предположение - покажет время.
       Однако большинство социобиологов получили лишь «хрестоматийное» биологическое образование в школах - явно недостаточное для современного понимания эволюционных проблем, - и потому довольствуются лишь дарвинистскими моделями микроэволюции, экстраполируя лишь их как на всю эволюцию живого, так и на социальную эволюцию. Между тем, на многих конкретных примерах из геномики уже видно, что даже эволюция различных участков ДНК «плюралистична»: судя по всему, у неё может оказаться больше способов, чем у биологов - эволюционных теорий. Есть гены и другие участки ДНК, эволюционировавшие «по Дарвину» - путём проб и ошибок (случайные мутации плюс естественный отбор). Есть и «нейтралистские»: в них лишь накапливались случайные мутации, но затем не происходило никакого отбора мутантных вариантов. При этом в одних участках мутации накапливались с постоянными или сходными скоростями, а в других – с очень разными, причём причины различий и изменений в этих скоростях далеко не всегда ясны. Именно на сравнениях равномерно мутировавших и не подвергавшихся отбору участков ДНК базируется концепция «молекулярных часов», а на ней - тысячи исследований и результатов: вся ДНК/РНК-систематика организмов и выяснение путей эволюции жизни на Земле (Седов, 1994).
       Однако найдено много участков ДНК, в которых эволюция происходила посредством комплексных перестроек: одни гены и генные системы конструировались из участков других в результате рекомбинационных событий, избирательного размножения различных нуклеотидных последовательностей и распространения их по различным новым для них участкам геномов, внедрению в новые места - случайные и специально существовавшие в геномах - разнообразных мобильных генетических элементов – транспозонов, плазмид, вирусов, в том числе и несущих разнообразные регуляторные последовательности ДНК. Подробно и популярно, в контексте истории развития генетики и смены её парадигм за последнее тридцатилетие, эти разнообразные феномены рассмотрены в книге (Голубовский, 2000). Эти явления даже были образно названы «природной генетической инженерией» (Shapiro, 1992) - на наш взгляд, названы неудачно, так как инженерией называется лишь конструктивная деятельность человека. Живая природа богата и примерами коэволюции различных генных систем (Родин, 1994). Есть и немало примеров смен генетических функций: некоторые последовательности ДНК, включая многие гены, в организмах-потомках делают не совсем не то, а иногда - даже совсем не то, что они делали в их далёких эволюционных предках. Например, несколько генов человека, мутации в каждом из которых вызывают ту или иную наследственную болезнь: семейную сердечную миопатию, наследственную глухоту, кожный рак ксеродерму, неследственный неполипозный рак кишечника, поражающую печень болезнь Вильсона, - по своим нуклеотидным последовательностям чрезвычайно сходны с определёнными генами в клетках дрожжей - одноклеточных грибов-аскомицетов, не обладающих не только ни одним из перечисленных органов, но и вообще никакими тканями, в том числе и тканями-мишенями этих болезней («The genes we share...», 2001). Как правило, механизмы всех таких направленных и/или координированных эволюционных процессов ещё совершенно не ясны. Всё это явно показывает, как мало мы пока ещё понимаем в причинах эволюционных процессов, и потому - насколько мы ещё не способны прогнозировать их направления.
       В геномах обнаружено и наследование некоторых приобретаемых признаков – тех, которые обусловлены их реакциями на различные стресс-факторы; такие признаки зависят от взаимодействий облигатных компонент геномов с факультативными (Голубовский, 2000). Не обнаружено в геномах, пожалуй, лишь адекватной, адаптивной перекодировки «опыта» фенотипов в нуклеотидные коды генотипов: вопреки верованиям Т.Д.Лысенко и его сторонников, линейно кодируемая в молекулах ДНК наследственная информация существует, и она отнюдь не «угодлива» в отношении требований внешней среды. Однако факты их невежества и административного террора против генетики в нашей стране не могут служить доказательствами того, что всякие направленные адаптивные коррекции в генетических текстах невозможны в принципе.
       Так, гены иммуноглобулинов «перекраиваются, состыкуясь» в течение онтогенеза, создавая тысячи новых генных комбинаций для производства нужных антител. Но это – лишь новые пробные комбинации из уже существующих блоков ДНК, подлежащие отбору внутри организма в ответ на те или иные антигены.
       Однако даже идею направленного корректирования участков генетических текстов в ДНК нельзя считать абсолютно опровергнутой: два реальных, логически необходимых и достаточных блока для таких процессов открыты за последние десятилетия и уже описаны даже в учебниках. Речь идёт о следующих явлениях.
1. Многие мобильные генетические элементы являются ретропозонами: для переноса их копий в другие места генома (транспозиций) синтезируются их РНК-копии, а с них, в свою очередь, в цитоплазме с помощью ревертазы - новые ДНК-дубликаты, которые и встраиваются в новые места.
2. Обнаружено «редактирование» мРНК на рибосомах, т.е. направленные изменения в их некоторых определённых нуклеотидных последовательностях.
       Если будущие экспериментальные исследования выявят, что две группы этих феноменов хотя бы в некоторых частных случаях бывают связанными, т.е. если промежуточные РНК-копии ретропозонов тоже «редактируются» in vivo, то и такой вариант «молекулярного неоламаркизма» может существовать – по крайней мере для таких транспозонов и всех тех регуляторных сигналов, которые ими кодируются и распространяются по геномам. В настоящее время обнаруженные факты «редактирования» предшественников мРНК обнаружены лишь в нескольких небольших участках нескольких видов мРНК (сводку таких фактов - см. Патрушев, 2000, с.79-86). Однако в истории генетики нередки были ситуации, когда те или иные обнаруженные феномены сначала считались исключениями, «частными случаями», однако дальнейшие исследования показывали, что они фундаментальны - чрезвычайно широко распространены и функционально важны. Так было с открытиями обратной транскрипции, эписом, мобильных генетических элементов, сплайсинга в целом и альтернативного сплайсинга в частности. (подробно – см. Голубовский, 2000). Возможно, и редактирование РНК пополнит этот ряд.
       Гены, эволюционировавшие в соответствии с неодарвинистскими представлениями – путём накопления в них стохастически возникающих нуклеотидных замен и отбора из них более жизнеспособных вариантов - тоже существуют в геномах; многие из них хорошо исследованы. (Хрестоматийный пример – мутация в генах глобинов человека, вызывающая серповидно-клеточную анемию, - вредоносную, но дающую гетерозиготным индивидам устойчивость к малярии.). Но какую долю составляют «дарвиновские» гены от всех генов, содержащихся в том или ином геноме, сказать трудно. Уже очевидно, однако, что явно не 100%. Сами по себе недарвиновские механизмы эволюции и история их анализа, в том числе и на уровне молекулярно-генетических структур, теперь довольно широко обсуждаются - в том числе и в отечественной литературе последних лет. (Корочкин, 1999, 2002; Воронцов, 1999; Голубовский, 2000). Поэтому автор ставит перед собой следующую задачу - пытается применить эти знания для социально значимых аналогий.
       Об обилии способов и феноменов генной эволюции полезно знать не только этнографам и культурологам, но и политикам и политологам. Полагаю, что идея привести страну к устойчивому развитию одними лишь стохастическими процессами рынка - это следствие дарвинизма, преподанного догматически и усвоенного дурно, как «единственно верного всепобеждающего учения». Всем, кто изучает принципы эволюции каких-либо систем - далеко не только биологических - понимать и использовать дарвиновскую концепцию эволюции необходимо, но явно не достаточно: всё большую силу набирают аргументированные автогенетические концепции (Назаров, 1991; Воронцов, 1999, Корочкин, 2002). В применении к гуманитарным феноменам это означает, что необходимо исходить из детальных знаний эмпирических особенностей каждого из них - структурных, функциональных, исторических. Да и это, в свете концепций синергетики, может дать материалы скорее не для однозначных прогнозов, а для построения полного набора «сценариев» будущего, которые могут стать основами для моделирования. Современные знания о структурах и функциях тысяч различных участков ДНК разнообразных организмов, «динамические портреты» и эволюционные «генеалогии» генов, их продуктов и функций на разных уровнях, нуждаются в глубокой и многоаспектной популяризации. Полагаю, что именно они могут стать источниками самых разнообразных аналогий – не только для лингвистов и программистов, изучающих сложные текстовые объекты, созданные и создаваемые человеком, но для всех изучающих эволюцию любых информационных систем – далеко не только литеральных.

На пути ко многоуровневому анализу систем: изменения биологических смыслов в разных «контекстах» биосистем.

       В ХХ веке, особенно к его концу, экспериментальная биология по сути обрела общий подход, сочетающий аналитические принципы с инженерно-конструкторскими и применяемый именно к информационным носителям биологических систем. Это - методы и методологии, совокупность которых можно назвать «многоуровневым рефреймингом» (Седов, 2000 б; см. также в Главе 7**), позаимствовав термин «рефрейминг» из современной психологии. Суть их – в том, что биосистемы различных структурных уровней специалистам удаётся направленно реконструировать и рекомбинировать (не только в генетическом, но и в более широком смысле) многообразными способами, создавая совершенно новые функциональные комбинации из тех элементов - носителей макроинформации в биосистемах которые уже существуют в природе, будучи созданы и «отшлифованы» эволюцией. Диапазон их величин - от фрагментов наследственных информационных макромолекул, т.е. отдельных участков ДНК (в частности - генов), до клеток, тканей, органов и живых особей со своими целостными геномами и прочими информационными подсистемами.. Вставляя различные биогенные объекты в «чужие» (гетерологичные) живые системы, удаётся изучать работу тех и других. Продуктами такого подхода, доступными строгому экспериментальному анализу, очень богата генная инженерия: это разнообразные гибридные «сшитые» гены (fused genes), новые сконструированные векторы и системы «вектор-хозяин». Особенно интересны челночные векторы и прочие системы гетерологичной экспрессии - те, в которых работают комбинации генов и других функциональных участков ДНК, перенесенных из одних организмов в другие, порой весьма эволюционно далёкие от их доноров. В цитологии - это слитые и реконструированные клетки (включая гибриды соматических клеток и гибридомы). В целых многоклеточных организмах на уровне работы генов - это трансгенные особи, а также, на уровне межклеточных взаимодействий (включающих и межгенные), – это пересадки клеток, тканей и органов в другие части тел (например, при изучении эмбриональной индукции), ксенотрансплантации, аллофенные химеры, случаи удачной соматической генотерапии. К этому следует добавить и многовековую историю «трансплантаций» на надорганизменных уровнях - многие конкретные случаи интродукций различных биологических видов в совершенно новые биоценозы. Наиболее пригодны для точного анализа те ситуации рефрейминга, когда в новую систему переносят лишь один блок – элемент; этим ситуациям автор дал общее название «гетерологичные транспозиции».
       Между всеми такими многочисленными, многообразными и многоуровневыми феноменами есть фундаментальные сходства. В информационных и семиотических аспектах возникающие при этом ситуации напоминают смысловые взаимодействия фрагментов текста с контекстами. Применяя эту метафору к биосистемам, - все такие подходы позволяют понять смысловые (т.е. функциональные) возможности одного и того же «фрагмента текста», помещая его в различные «контексты». Позволяют они решать и обратные задачи: тестировать в тех или иных аспектах "смыслы" одного и того же «контекста», вводя в него различные «фрагменты текстов». При этом общие проблемы таковы.
1. Когда и как системное окружение может функционально и/или структурно изменять вводимый элемент?
2. Когда и как вводимый элемент может изменить всю систему, а, соответственно, и её судьбу?
       В целом - логически возможны три типа исходов:
1. Система до этого события самосогласованна эволюцией и целостна, и потому игнорирует или отторгает введенный элемент - существует и работает, как и прежде. Генетически примеры этого – молчащие или суппрессируемые мутации; гены, не работающие в гетерологичных системах из-за не распознаваемых хозяйскими клетками участков в их ДНК. Вот пример такой неудачной интродукции в экосистемы: в наших лесах хищники истребили американских скунсов, так как, в отличие от американских хищников, они не знали об их зловонном запахе.
2. Элемент попадает «в яблочко» системы, но противоречит её законам – и потому приводит всю её к гибели. Примерами могут служить летальные мутации; неудачные рекомбинации (в частности, в погибающих эмбрионах), трансгеноз организма вредоносным для него геном; чума, холера, СПИД и прочие тяжёлые инфекции, приведшие или могущие привести к ограниченной локализации самого патогенного организма вследствие гибели его жертв.
3. Элемент семантически значим для системы, но не фатален: кое-что изменив в ней, он продолжает существовать сам и оставляет существовать её. Таков вредоносный «эффект бабочки» из фантастического рассказа Рея Бредбери - или, напротив, случаи удач. Примеры – те генно-инженерные конструкции, которые введены в патентованные трансгенные растения (их уже удалось получить более чем у 60 видов); случаи эффективной генотерапии (их уже более 300); переливание крови при соблюдении совместимости групп, удачные пересадки органов; пример из экологии - интродукция эвкалиптов в Абхазию и Израиль, позволившая осушить болота, оздоровить воздух и победить малярию. Вот примеры неудачной интродукции: канадская элодея, попав в наши пресные воды, вытесняет большинство аборигенных видов водных растений настолько, что получила прозвище "водяная чума"; енотовидная собака, ввезенная с Дальнего Востока в наши леса, исподволь истребила в них рябчиков и тетеревов на токах (чего не делали аборигенные хищники -волки, лисы, куницы); зубчатый каштан в США был почти уничтожен грибом-трутовиком, который был занесён туда вместе с его растением-хозяином – устойчивым к нему китайским видом каштана.
(Соответствующая таблица, позволяющая сравнить эти ситуации, приведена в Главе 10).
       Страхи перед ситуациями 3-го типа в отношении новых достижений генной, клеточной и эмбриональной инженерии буквально поразили СМИ и породили множество триллеров. Однако в реальности - в десятках тысяч экспериментов - биологи ещё не создали никаких монстров, способных жить вне лабораторий: все они гораздо менее жизнеспособны, чем их природные прототипы и компоненты, уже "отлаженные" за миллиарды лет эволюции. По-видимому, геномы и организмы уже столь самосогласованны, что в них гораздо чаще бывают ситуации 1-го и 2-го типов, а ситуации 3-го типа сравнительно редки и всегда понижают жизнеспособность систем, в которые произошла транспозиция. Так, опасения вызывают используемые гены устойчивости бактерий к антибиотикам и растений - к гербицидам. Однако селекция этих генов, а потому и их потенциальная вредоносность, тоже зависит от "контекстов" - внутриорганизменного (неумеренное лечение антибиотиками) или же экосистемного (неумеренная обработка устойчивых культур гербицидом). На обоих этих структурных уровнях, потенциально вредоносны именно противоестественные сочетания - таких генов устойчивости к метаболическим ядам с избытком самих этих ядов. (Этим проблемам и мнениям о них автора этой книги и его коллег посвящены также Главы 17-20.).
       Для всех таких ситуаций рефрейминга, включая транспозиции, традиционная философская антиномия «холизм vs. редукционизм» отнюдь не достаточна: эти термины означают как бы лишь «два конца оси структурных уровней», тогда как в реальности мы имеем дело с разными многоуровневыми системами и с различными, порой противоположными, межуровневыми взаимодействиями в них. Разнообразие этих структур и процессов огромно - и по феноменологии, и по «спектрам» уровней, и по тому, какие уровни или их сочетания служат источниками причин событий, а какие – объектами для проявлений их следствий.
       Более детально все мыслимые типы ситуаций, которые могут возникать в биологических системах различных уровней в результате конкретных гетерологичных транспозиций, а также соответствующие им примеры, были рассмотрены в Главе 10. В контексте данной главы остановимся лишь на 2 больших группах сюжетов взаимодействий частей с целым: из онкологии (включая онкогенетику) и из нейробиологии (включая нейрогенетику).

От генетики рака - к патологиям личностей и социальных систем.

       Порча именно самых важных генов приводит к самым тяжёлым патологиям. Примеры тому - раковые заболевания.
       Ещё в конце 19 века великий немецкий цитолог, гистолог и медик Рудольф Вирхов, а также биосоциальный философ Чарльз Спенсер, предложили и использовали в своих умозаключениях аналогию-метафору: организм – это "государство клеток". Насколько она оказалась поразительно продуктивной, пойдёт речь ниже.
       Если клетку сравнить с индивидом, то её геном подобен его мозгу: и то, и другое содержит программы жизненных функций, поведения, развития. Ниже мы увидим, что в контексте этой аналогии раковые заболевания во многих аспектах вполне можно рассматривать как формы «сумасшествия» клеток. При этом, если организм уподобить обществу, то на уровне целостных организмов в различных аспектах диффузные формы рака в организме подобны международным сетям мафий и террористических партий и организаций в мире, а солидные (твёрдые, целостные) опухоли - тоталитарным государствам на «теле» мирового сообщества. Физически эти явления совершенно различны, однако, как будет показано ниже, сходства функций и процессов в норме и патологии - просто поразительны. Поэтому, в частности, фашизм – не «коричневая чума» (эта метафора эффектна, но не операциональна), а скорее рак.
       Сейчас известно свыше сотни видов раковых заболеваний. Выявлено около 150 генов, дефекты которых - мутации в них самих и/или нарушения контроля их работы - вызывают рак. Это - менее 1% всех генов человека. К той или иной форме рака приводит накопление в этих генах того или иного определённого сочетания мутаций, включая как замены, потери и вставки нуклеотидов, так и перестановки этих генов с «подстыковками» к сильным регуляторным областям ДНК. Для разных форм рака выявлены разные конкретные комбинации: от 3 до 7 определённых генов - «мишеней» из этого набора и, соответственно, определённых мутаций в них.
       Однако нормальные варианты именно этих же генов имеют огромный, ключевой смысл (семантический вес, ценность) в нормальной жизнедеятельности и развитии организма (Hanahan, Weinberg, 2000; Седов, 2000 б). Развивая аналогию Вирхова-Спенсера, рассмотрим их нормальные биологические функции, а психолого-социальные аналоги этих функций приведём в скобках курсивом.
1. Около 100 из этих генов определяют ранние, ключевые стадии развития организма: дифференцировку клеток - тканеспецифические особенности тех или иных слабо дифференцированных, стволовых клеток эмбриона, их дальнейшую тканевую и органную биохимическую и морфологическую специализацию, различия в которой обуславливаются включением и выключением разных генных систем, а также морфогенез - динамическую топологию, формирование тканевых пластов и органов. (Аналоги – обретение личностной индивидуальности и профессиональной специализации, внутреннее самосогласованное структурирование общества).
       2. Те гены домашнего хозяйства генома (это - генетический термин), которые управляют репликацией, репарацией и рекомбинацией ДНК, т.е. размножением, самоподдержанием и допустимым перестраиванием генома. (Аналоги - память и разум: хранение, поддержание, копирование и творческое комбинирование информации - имеющихся знаний и навыков.).
3. Гены, контролирующие различные стадии клеточного цикла, процессы при митозе и мейозе, а потому и репродукцию всего генома; некоторые из них участвуют и в функциях п.2. (Аналоги - как физическое размножение индивидов, так и наследственная и культурная трансляция - воспроизводство и передача потомкам информации, включающей как гены, так и упомянутые выше в этой главе «культургены», или мемы.).
4. Гены, кодирующие ключевые ферменты - фосфорилазы и протеин-киназы - каждый из которых способен в определённых пределах изменять структуры и свойства определённого набора других белков, тем самым контролируя важнейшие узлы сети обмена веществ, определяющие физиологию, энергетику и динамическую организацию клетки. (Аналоги – физическое, психическое и интеллектуальное структурирование и организация личности, придание ей сложной динамической устойчивости и пластичности).
 5. Гены, белки которых отвечают за межклеточные коммуникации - общение данной клетки с другими. Нейропептидов - белковых «слов»-сигналов, посылаемых одними клетками в другие - известно уже свыше 1000 (по структурным сходствам - свыше 40 групп). Существует и свыше 30 низкомолекулярных медиаторов - «иероглифов», которые тоже служат как межклеточные сигналы; синтез каждого из них определяет свой набор ферментов и их генов. На мембранах и те, и другие специфически узнаются системами из белков-рецепторов, которые тоже кодируют и контролируют многие гены. (Аналоги - межличностные общения и взамоотношения.).
       Отметим, что и сами молекулярные биологи иногда называют некоторые из этих генов «генами социального контроля клеток» - не рассматривая, однако, всего спектра социальных аналогий, как это сделано здесь.
       Мутационные повреждения названных генных систем приводят к тому, что клетки начинают вести себя подобно душевнобольным, патологии которых становятся всё более опасными для окружающих, а если при этом появляется много таких клеток-«единомышленников» (вследствие размножения уже мутировавших клеток и «противоестественного» отбора в их пользу) - подобно верноподданным тоталитарных систем - сект, мафий, организаций, партий, государств. Конкретными результатами становятся аномалии следующих типов, так или иначе сочетающиеся. (Социальные аналоги - тоже в скобках курсивом.).
1. Поздняя, неумеренная и не координируемая извне работа генов
       раннего развития. (Аналоги - запоздалые возвраты к детским и
       подростковым комплексам и поведенческим стереотипам, у
       взрослых ведущие к маниям, навязчивым и бредовым идеям, к
       социальной агрессии.).
2. Вследствие этого - дедифференцировка и уменьшение
многообразия клеток. (Аналоги - социальное, интеллектуальное,
эмоциональное, бытовое и культурное однообразие индивидов,
«единомыслие», стереотипное поведение.).
3. Потеря координации собственных действий с другими,
       нормальными клетками и с целостной системой - организмом.
       (Аналоги - утрата общечеловеческих ценностей, деструкция культурных и экономических связей, выпадение из мирового сообщества и противопоставление себя ему.).
       4. Иммунодефицитные состояния при обилии дефектных клеток иммунной системы. (Аналоги - отсутствие реальной законности и правопорядка при обилии структур и лиц, формально ответственных за них.).
       5. Плохой обмен веществ с низким к.п.д. - гликолиз и прочие нарушения. Результаты - плохое собственное питание клеток, а также превращение межклеточных пространств в «метаболические помойки». (Аналоги - низкий уровень жизненно важных биомедицинских показателей; свалки и захоронения собственных и чужих отходов.).
       6. Воздействия на здоровые соседние клетки и ткани со стороны больных, толкающих их на тот же путь. (Аналоги - дефекты медицины, экономики, политики, экологические ситуации и т.п. в покорённых и зависимых странах.).
       7. Истребление и подавление здоровых клеток больными; образование вокруг опухоли защитной оболочки, не пропускающей внутрь нормальные клетки, а также ангиогенез - формирование специальных кровеносных сосудов для снабжения опухоли. (Аналоги - ксенофобия, приводящая к гибели и эмиграции; «железный занавес»; собственные каналы экономического снабжения, закрытые для нормальных сообществ.).
       8. Утрата раковыми клетками способности к контактному торможению: в отличие от нормальных клеток, они активно нарастают на другие клетки и органы и/или дают метастазы. (Аналоги, соответственно, - приграничные интервенции и аннексии и/или международный терроризм, экспорт революций и т.п.).
       9. Возникновение целостных стратегий раковых клеток и тканей против организма хозяина как целого. (Аналоги - локальные и мировые войны.).
10. Вследствие перечисленных причин - возникновение новых мутаций в различных других генах и системных разрушений других генных систем, отбор клеток «в пользу» рака, перевод других - ближних и удалённых - клеток, тканей и органов на раковый путь развития или же их подавление и истребление. (Аналоги - расовые и классовые селекция и геноцид, «усиление классовой борьбы», рост международной напряжённости и прочие печальные уроки истории.).
 Эта система многоаспектных аналогий поразительна не только в отношении понимания канцерогенеза per se. В аспекте истории науки - мы видим, насколько глубоко прогностичной оказалась общая межсистемная аналогия, изначально высказанная Р.Вирховым и Ч.Спенсером в виде биосоциальной метафоры полтора столетия назад. В контексте истории клеточной биологии - это огромный срок.
Заметим, что здесь всюду речь идёт именно об информационных структурах и процессах: все 5 названных групп генов, ключевых в норме и в канцерогенезе, контролируют работу или сохранность генетических информационных структур и/или информационные каналы - коммуникации между ферментами метаболизма или между клетками. Все 10 аспектов раковых аномалий - это целостные “сценарии”, осуществляемые сообществами больных клеток и их столь же или ещё более больных клеток-потомков, т.е. генетически запоминаемый ими выбор, который изначально (при образовании каждой потенциально онкогенной мутации) был случайным. Отдельный аспект, имеющий отношение к теории информации по К.Шеннону - это динамика многообразия и гетерогенности клеточных популяций при канцерогенезе. (В этом аспекте, однако, существенные для понимания биологии рака выводы нами в литературе не найдены).
       При этом у разных форм рака имеются те или иные свои, разнообразные и специфические, «эгоистические стратегии», так или иначе нарушающие развитие и жизнедеятельность организма в целом и в результате убивающие его «во имя и во благо» болезни - своей, раковой системы. В частности, раковые клетки умеют использовать даже те нормальные гены (из генного семейства mdr), белки которых работают в мембранных каналах для выкачивания из клеток вредных веществ. Избирательно размножив эти гены, некоторые раковые клетки интенсивно производят кодируемые ими белки и с их помощью защищаются от нескольких лекарств, которые имеют разные структурные формулы (колхицин и винбластин) и содержатся в разных растениях (соответственно, в безвременнике и в барвинке). Заметим, что с этими веществами раковые клетки не встречались никогда - за миллиарды лет эволюции, вплоть до прошлого века, когда наши коллеги обнаружили их митостатические свойства и стали использовать их в онкотерапии; однако к этой «встрече» рак оказался парадоксальным образом преадаптированным - без какой-либо априорной информации о противораковых свойствах этих веществ. Примечательно и то, что эта система не может быть результатом дарвиновской эволюции посредством отбора: ведь с гибелью пациента всегда гибнет и его опухоль!..
       Всем этим устойчивое развитие рака весьма напоминают такие же феномены тоталитарных систем - своей "внутренней логикой", обеспечиваемой мощными информационно-семиотическими ресурсами. При выборе ракового пути развития на соответствующих бифуркациях, они из жизненно необходимых могут становиться вредоносными, а то и губительными для всей системы - организма или же человечества.
       В онкологии всё ещё остаётся «белое пятно» между этими, генетическими, и клинико-экологическими знаниями. Рак - системная многоуровневая патология, но ещё не ясно, какими же информационными процессами «запускаются» все эти - уже неплохо изученные - генные системы с «верхних» уровней организма: дефектами питания и режима, нарушениями иммунитета, тяжёлыми стрессами, социальными и психологическими причинами. Изучение этого - задачи будущего.
       Рассмотренные факты дают основания надеяться, что генетика рака может дать не только аналогии, но и конкретные теоретические модели для «профилактики и терапии» социальных патологий - систем, практикующих геноцид. Уже создано немало математических моделей рака; кибернетические модели проверяются in vitro и in vivo (Hanahan, Weinberg, 2000). Возможно, что с определёнными поправками эти модели тоже могут стать полезными и для анализа социальных проблем.

О генах, нейронах и поведении.

       Очевидно, что врождённые элементы поведения - это информационные феномены: они обусловлены информационными структурами - как генетическими, так и нейральными, и, помня определения информации по Г.Кастлеру и Д.С.Чернавскому, если они изначально были случайными, то оказались зафиксированными в ряду поколений.
       Ещё полвека назад многоаспектный анализ тысяч пар близнецов показал, что в целом вклад наследственности в различные особенности психики составляет 70-80% (Эфроимсон, 1998); сейчас его считают не меньшим, чем 60%. За последние годы генетики открыли много участков ДНК, ключевых в работе сложных поведенческих систем; им посвящены тысячи публикаций. Упомянем лишь новую фундаментальную монографию (Clark, Grunstein, 2000) и отечественный научно-популярный обзор (Боринская, Рогаев, 2000), посвящённые этому.
       Некоторые основы поведения выяснены на сравнительно простых животных. Так, у нематод Coenorhabditis elegans обнаружены разные гены поведения: контролирующие обучаемость (выработку условных рефлексов), распознавание диацетила, и даже определяющие их социальное поведение. Замены таких нормальных генов на мутантные или внесение в них мутаций делает этих червей в случае одного из генов - неспособными «увязывать» "вкус" бактерий и чеснока с наличием ионов натрия или хлора (т.е. приобретать условные рефлексы), в случае другого - желающими не образовывать скопления, а ползать поодиночке. (В отношении социальных аналогий - уместно вспомнить, что в рамках одних и тех же конфессий и нравственных принципов разные личности проявляли и проявляют склонности к «соборности» или же к отшельничеству.). Вся нервная система этого червя состоит из 302 клеток, видных сквозь его прозрачное тело. С помощью прижизненного использования светящихся белков выявлены определённые нейроны, в которых видно, что эти гены работают. Перед нами - интересный историко-научный феномен: явление образования условных рефлексов, в начале ХХ века открытое И.П.Павловым на собаках, с развитием не только физиологии нервных систем, но и экспериментальной эмбриологии, нейроцитологии, гистохимии и молекулярной генетики оказалось присущим гораздо более простым нервным системам. (Позволим себе шутку: “Нематода оказалась такой же неисчерпаемой,какой почти сто лет назад казалась собака”.). И формирование условных рефлексов, и выбор между социальным и одиночным поведением - это макроинформационные процессы (по Д.С.Чернавскому). Здесь, однако, развиваемая им динамическая теория информации ещё не применялась.
       Клонирование генетически идентичных червей в сочетании с разными вариантами их обучения показало, что положение каждого из нейронов в их телах строго задаётся информацией, содержащейся в их генах, а количество и расположение информационных связей между этими клетками - аксоны и синапсы - задаются "жизненным опытом" червей. Это отчасти позволяет нам понять, как формируются информационные узлы и каналы в нашей собственной нервной системе, включая головной мозг: у нас их составляют десятки миллиардов клеток, и «из-за деревьев леса не видно».
       У мухи дрозофилы тоже найден ген, мутации в котором приводят к неспособности обучаться (ген dunce), а также гены, контролирующие брачное поведение самцов - характер их «песен»
при ухаживании за самками (гены dissonance, cacophony). Мутации в другом гене (fruitless) вызывают у самцов гомосексуальное поведение и неспособность ухаживать за самками; с помощью этого гена был найден такой же нормальный ген в ДНК человека, и его введение в мутантных самцов "излечили их от перверсий". Теперь полагают, что по крайней мере часть случаев гомосексуализма у мужчин может быть вызвана аналогичными мутациями.
       У мышей конкретная мутация в конкретном гене (кодирующем рецептор глутамата) повышает их обучаемость. Замена одного конкретного нуклеотида в гене моноаминоксидазы А, расщепляющей дофамин и серотонин, повышает их уровень и делает поведение агрессивным. Тяга к новизне связана с геном рецептора вазопрессина, определяя моно- и полигамию у близких видов полёвок.
       У людей уровни тревожности и депрессии зависят от гена транспортёра серотонина: "при прочих равных" достаточно изменения количества коротких повторов - лишь 44 нуклеотидов. В свою очередь, эмоциональная тяга к новизне связана с повторами в генах рецепторов дофамина. Эти серотониновая и дофаминовая системы взаимодействуют. Найдены конкретные мутации в конкретных генах, вызывающие тяжёлые невро- и психопатологии: болезнь Альцгеймера, хорею Гентингтона, некоторые виды эпилепсии. По мнению известного нейрогенетика и биолога развития Л.И.Корочкина, элементарной структурой, обуславливающей поведение, является не молекула, а нейрон. Тем не менее, на многих экспериментальных системах показано, что в разных нейронах работают разные сочетания генов - включая и такие, где "мал золотник да дорог" (Корочкин, 1999, 2002). В геноме человека найден ген, мутации в котором вызывают ранний детский аутизм. Показано, что дизлексия - неумение распознавать речь - связана с мутациями в генах, расположенных в 3 разных хромосомах, причём в 6-й - это нарушения распознавания фонем, а в 15-й - чтения отдельных слов.
       В целом феномены психики лишь к информационным молекулам не сводимы; однако "критическими точками" в её проявлениях бывают даже конкретные нуклеотиды в конкретных генах. Конечно, смыслы им придают целостные "контексты" - геномы, клетки, организмы. Это подобно ситуации, когда жизнь человека могла зависеть лишь от положения запятой в приказе: "Казнить(,) нельзя(,) помиловать". "Генный редукционизм" в нейрогенетических исследованиях оказывается весьма плодотворным, заставляя не только по-новому взглянуть на основы поведения, но и осознать, сколь значимыми бывают, казалось бы, элементарные структуры (нуклеотиды в ДНК) в сложных событиях (в поведении, проявлениях интеллекта и эмоций).
       Всё это позволяет искать среди множества важных «корней» психологических и социальных явлений и «корни» биологические. Так, частоты упомянутых выше генов «тяги к новизне» в Индокитае гораздо выше, чем в США; возможно, это связано с традиционализмом и тягой к инновациям в этих культурных сообществах. Безусловно, роли биологических «корней» в социальных явлениях - несколько выше, а, может быть, и значительно выше, чем полагали раньше. Особенно эта недооценка типична в нашей стране, где в течение десятилетий идеологи репрессировали генетику, а затем продолжали «бороться с вульгарной биологизацией».
       
От этологии «любви и ненависти» - к этногенетике и социальной этике.
       
       Безусловно, коммуникации между особями любого вида - и передача генов при размножении, и общение животных с предпочтением, избеганием или агрессией - это тоже информационные процессы. Этолого-генетические сюжеты, изучаемые социобиологами (например, Eibl-Eibelsfeldt, 1972, 1979, 1988), практически не формализуемы. Они связаны с самым слабым местом в математической генетике популяций: обычно в её формулах и моделях различные варианты скрещиваний равновероятны, и потому их исходы зависят лишь от исходных частот - особей, их признаков и кодирующих их генов. Такой панмиксии (стохастических скрещиваний) в природе почти не бывает: скрещивания почти никогда не бывают случайными, завися от конкретных биологических особенностей того или иного вида. Отчасти панмиксия есть у некоторых ветроопыляемых растений (например, у сосен), у сидячих и малоподвижных животных – кишечнополостных, моллюсков, многих кольчатых червей и др., Однако и в этих случаях, в зависимости от конкретного распределения особей в пространстве, а также ветров или течений, могут возникать различные градиенты вероятностей генных обменов - если расстояния при перемещениях особей и/или их половых клеток меньше размеров ареала их популяции. Кроме того, у многих видов есть ещё и половое поведение, неслучайный выбор партнёров при скрещиваниях - начиная с дрожжей, которые имеют половые аттрактанты (феромоны), и включая всех подвижных животных. «Строгая» панмиксия бывает лишь при половом процессе у дрожжей в ферментёре с работающей мешалкой, а также у сидячих и прикреплённых организмов, если спермии или пыльца легко, далеко и стохастично разносятся - такими сильными потоками воды или воздуха, которые часто и случайно меняют свои направления.
       Итак, остановимся на принципах активного отношения одних особей к другим – как «со знаком +» – выбора партнёров для размножения и/или вожаков для социумов, так и «со знаком – », т.е. на противоположных сюжетах активного избегания, отторжения и борьбы. В основе последних – восприятие другой особи или группы особей как чужаков и врагов, и это – основа ксенофобии и социальных конфликтов – от семейных драм до межэтнических и межрелигиозных войн, которыми, увы, столь богата история нашего вида, наших культур и цивилизаций.
       Изучаемые зоологами зоны вторичной интерградации подвидов – это аналоги полиэтнических регионов. Животные в них обычно экзогамны, как бы следуя лозунгу «Make love, not war». Предпочтения скрещиваний с «чужаками» изучены у многих грызунов в природе, у дрозофил в лаборатории. Экзогамия (метизация) - основа этногенеза у латиноамериканцев, вятичей, казаков (особенно кубанских) и многих других этносов и исторических общностей. У чукчей и у других малочисленных народов, вынужденно эндогамных, развились реакции защиты их генофондов – традиции, поощряющие экзогамию. Традиции эндогамии - это обычно реакция самозащиты этноса и его культуры в ответ на длительный геноцид (например, у армян и евреев). Каждый человек является потомком многих народов, так как его генеалогическое древо дихотомически ветвится вглубь времён. Судя по многочисленным археологическим памятникам различных древних городов, большие поселения людей, давшие начала городам и цивилизациям, возникали как зоны симбиоза разных культур. Это даёт нам основания считать «химерные этносы» (по Л.Н.Гумилёву) феноменом не негативным, как полагал он, а позитивным, а ксенофобию - патологией. Случаи, когда межрасовые браки могут приводить к активизации нежелательных генов и к появлению множественных вредных мутаций - как, например, в недавно описанной семье, отягощённой мутациями, вызывающими миодистрофию Дюшенна (Miciak et al., 1992; - см. Голубовский, 2000, с.220), в целом исключительно редки.
       У некоторых видов животных наблюдается каннибализм – поедание особей своего вида. Однако у представителей нашего подтипа – позвоночных – он тем реже, чем к более высоко организованному классу относится вид. У млекопитающих каннибализм – это обычно поедание собственных детёнышей при неблагоприятных условиях. Заметим, что и в предыстории человечества, и в истории некоторых современных племён, тоже выявлено немало случаев каннибализма, что отнюдь не радует. Своих собратьев из чужих стай убивают лишь немногие животные: крысы, наши близкие родственники шимпанзе (у них Дж.Гудолл наблюдала даже намеренный геноцид особей другой стаи, включая самок и дётёнышей.). Напротив, когда кланы волков воюют за охотничьи угодья (а часто это - следствие экспансии человека), то самки, детёныши и, как правило, старые особи в боях не участвуют и не гибнут.
       У разных животных - даже у насекомых и у рыб! - и вожди, и брачные партнёры должны быть смелыми. Например, более 10 лет назад в ‘Behavioral Journal’ были описаны наблюдения над тем, как аквариумные рыбки гуппи выбирают самцов по их поведению и окраске. На большом, статистически достоверном материале было показано следующее. (Все сравнения этих результатов с человеческими отношениями – на совести автора этих строк.).
(1) Выбор не зависит от того, победителем или побеждённым оказался самец: если он провёл бой с соперником как следует, то, даже будучи покалеченным, он может быть избран самкой. (Здесь уместно вспомнить тех благородных дам, которые лечили и привечали израненных рыцарей.);
(2) Разнообразие раскраски тел самцов функционально можно сравнить с разнообразием лиц у людей: и то, и другое – манифестация генетических особенностей, вынесенная для общения и оценок. Существует несколько дискретных вариантов – групп раскраски. Все группы нравятся тем или иным самкам, но в пределах каждой группы одни варианты явно нравятся самкам, а другие - нет. Если сравнить эти группы и варианты, соответственно, с этническими и личностными особенностями внешности, то у самок гуппи как бы нет «этнофобии», но есть представления о вариантах индивидуальной красоты, характерных для каждого «этноса».
(3) В целом самцы делятся на две категории: «любовники» (для интенсивных брачных игр) и «мужья» (более для размножения). В окраске первых преобладают оранжевые тона, в окраске вторых – сине-голубые. Было бы крайней натяжкой приписывать рыбкам семантические цветовые аллюзии, свойственные людям. Однако совпадения поразительны: оранжевые объекты для нас – носители эфемерной зыбкой красоты ( закатное солнце, огонь, осенняя листва, вино), а сине-голубые – вечного и надёжного (небо, море). Возможно, личный или генетически наследуемый опыт даже этим рыбкам свидетельствует о том, что оранжевый закатный свет в воде недолог, а синий цвет стабилен и потому надёжен…
       У животных «noblesse oblige» – порой более, чем у людей. Например, вожак павианов, при защите своей стаи испугавшийся льва, становится «парией»; его подвергают общему презрению и избиениям, убивают или изгоняют из стада. (В нашей стране подобным образом тех вождей, которые дрогнули в решающие моменты, карали восставшие в лагерях в 1992 г., но не коммунисты после их московских манифестаций в мае 1993 г.). Поэтому в нормальных условиях множатся гены и семьи смелых альтруистов.
       Здесь уместно вспомнить о том, что ещё в 1960-х гг. среди крыс были выявлены особи-альтруисты, своим поведением напоминающие высоконравственных людей, в частности - подлинных интеллигентов, по целому ряду параметров.
1. В экстремальных опытах они предпочитают мучиться и погибать, но не мучить собратьев.
2. Они имеют более возбудимую и истощаемую нервную систему, чем прочие их собратья, и при этом способны к большей мобилизации и лучше решают тесты на основы рассудочного поведения.
3. В социальной иерархии они – не вожди, но всегда – выше среднего уровня.
4. Вождями они нередко становятся в экстремальных ситуациях, требующих риска, нетривиального поведения и открытий во имя своих сородичей (например, - проникнуть самому и провести их в новую местность, где есть пища и/или нет опасности).
       Что же касается крыс-вождей, то исследования этологов показали, что они - не умнее и не глупее прочих: в среднем разброс по сообразительности у них такой же, как у других их сородичей. Объединяет и делает вождями их одна общая особенность: стрессы и конфликты их не истощают, как прочих, а наоборот – лишь стимулируют. Как тут не вспомнить политиков - то поливающих друг друга грязью, то вступающих до и после этого в неожиданные союзы? Вероятно, при обоих типах коллизий они нужны друг другу - взаимной стимуляцией…
       Итак, есть чему поучиться как у самих живых организмов, так и у изучающих их биологов. Живая природа богата природными и экспериментальными аналогами техногенных, психологических и социальных процессов, которые могут быть представлены, в частности, и в виде формализованных моделей. Поэтому знакомство с современной биологией гуманитариям остро необходимо - для того, чтобы лучше понимать наше прошлое, ориентироваться в нестоящем, а, возможно, и предвидеть будущее (хотя бы отчасти).

       ЛИТЕРАТУРА

Боринская С.А., Рогаев Е.И. Гены и поведение. //Химия и жизнь,
       2000. №3.

Воронцов Н.Н. Развитие эволюционной идеи в биологии. Москва,
       "Прогресс-Традиция", 1999. Гл.4.

Голубовский М.Д. Век генетики: эволюция идей и понятий. Санкт-
       Петербург, Изд-во «Борей Арт», 2000.

Корочкин Л.И.
       Введение в генетику развития. Москва, «Наука»,1999.

Корочкин Л.И. Биология индивидуального развития.
       Москва, Изд-во МГУ, 2002.
Назаров В.И. Учение о макроэволюции. Москва, «Наука», 1991.

Небел Б. Наука об окружающей среде. Москва, «Мир», 1993. (Пер.с
       англ.).

Патрушев Л.И. Экспрессия генов. Москва, «Наука», 2000.

Родин С.Н. Идея коэволюции. Новосибирск, «Наука». 1994.

Седов А.Е. 2000 а. Метафоры в генетике. //Вестник РАН, 2000. №6. С. 526-534.

Седов А.Е. История генетики, запечатлённая в метафорах её
       языка: количественный и структурный анализ.
       Науковедение, 2001. №1. С. 135-154.

Седов А.Е. История геносистематики и её применения в
       филогенетике. Диссерт. докт. биол. наук.
       М.: ИИЕТ РАН, 1994. 501 с..

Эфроимсон В.П. Гениальность и генетика.
       Москва, Изд-во "Русский мир". 1998.

Cavalli-Sforza L.L.,Сavalli-Sforza F.
The great human diaspora. Addison-Wesley, USA, 1995.

Clark W., Grunstein M.
       Are we hardwired? The role of genes in human behavior.
       Oxford University Press (USA), 2000.

Eibl-Eibesfeldt I.
       Love and hate.
       Holt, Rinehart & Winston, New York,
       1972.

Eibl-Eibesfeldt I.
       The biology of peace and war.
       Тhames & Hudson, London, 1979.

Eibl-Eibesfeldt I.
       Human ethology.
       Aldein de Gruyter, New York, 1988.

Hanahan D., Weinberg R.A.
       The hallmarks of cancer. Cell, 2000. No100. P.57-70.

Sedov A.E. 2000 б.
       Genes, cells, and societies: basic similarities among
       sign-interpreting systems.
       //Commentationes in honorem Thomas A. Sebeok octogenarii.
       International Semiotics Institute,
       Imatra, Finland, 2000. P.125-132.

Shapiro J.
       Natural genetic engineering in evolution.
       //Genetica, 1992.
       Vol.86. P. 99-111.

The genes we share with yeast, flies, worms, and mice.
New clues to human health and disease.
Howard Hughes Medical Institute Ed.,
       Chevy Chase, Maryland 20815-6789, USA, 2001.

Глава 15.
НЕКОТОРЫЕ ВЗГЛЯДЫ А.А.ЛЮБИЩЕВА И СОВРЕМЕННЫЕ ПРОБЛЕМЫ СИСТЕМАТИКИ И ЭВОЛЮЦИИ.

       Интересы Александра Александровича Любищева лежали весьма далеко от попыток применения теории информации в биологии. Энтомолог, систематик и логик, он анализировал жизненные формы в те годы, когда биологи почти не располагали эмпирическим материалом для осмысления того, благодаря каким именно процессам эти формы кодируются соответствующими информационными носителями - генами. До сих пор в целом не ясно, достаточно ли генетическое кодирование для морфогенеза: к этим проблемам биология развития лишь подходит в последнее время (см. Корочкин, 2002). Ничего не писал Любищев и о теории информации. Однако сейчас, базируясь именно на некоторых современных знаниях о конкретных носителях генетической информации, можно видеть, что некоторые взгляды Любищева удивительным образом актуальны - и именно в отношении генетических аспектов эволюционных феноменов. Подробно концепции А.А.Любищева и поставленные им проблемы формы, систематики и эволюции организмов изложены в первоисточниках Любищев, 1972; Любищев, 1982). В этой главе мы коснёмся лишь некоторых из них - тех, которые оказались провидческими именно в отношении происходящего в последние годы анализа информационных макромолекул и представлений о многоуровневом характере эволюционных информационных процессов. Здесь мы не только коснёмся собственно взглядов Любищева, но и позволим себе “спроецировать” некоторые следствия из его идей на более поздние, современные проблемы биологической информации.
       А.А.Любищев ушел из жизни в 1972 году. Те методы и области аналитической и экспериментальной биологии, которые за последние четверть века дали эволюционистам и систематикам так много новых фундаментальных знаний о макромолекулярном кодировании и сулят множество новых открытий, тогда еще только зарождались. В последние годы жизни Любищева первые сведения о путях эволюции информационных макромолекул опирались ещё лишь на небогатый материал по гомологиям в первичных структурах немногих белков и нескольких р-РНК и т-РНК. Сравнительная геномика, ДНК-РНК-систематика и молекулярная биология развития организмов делали самые первые шаги: еще не было универсальных методов чтения (секвенирования) отдельных генетических текстов, и анализ геномов базировался лишь на измерениях молекулярно-гибридизационных гомологий между разными фракциями ДНК и РНК, каждая из которых содержала наборы молекул, кодирующие - как стало известно позже благодаря их секвенированию - функционально гетерогенную биологическую информацию. Наиболее загадочными оставались принципы организации, работы и эволюции генетических текстов эукариот.
       А.А.Любищев считал, что "прослеживание линий эволюции - бесполезная работа для систематика" (Любищев, 1982, с.35), что “многообразие организмов не может быть истолковано на эволюционном языке” (из письма А.А.Любищева Л.С.Бергу от 1923 г.; цит. по: Чайковский, 2003, с.141), и потому, словами Ю.В.Чайковского, “систематика не должна быть эволюционной” (там же). На наш взгляд, это мнение опровергают многочисленные результаты ДНК-РНК-систематики самых различных организмов (Седов, 1994). Однако эти же результаты подтверждают правильность другого утверждения Любищева: о том, что древа (дендрограммы) - это формы представлений данных, для биологической систематики не достаточные (см. Любишев, 1972; Любищев, 1982; Чайковский, 2003, с.408-409, 411, 420-424). По мнению Любищева, базирующемуся на изученных им логических принципах систематики объектов самой различной природы, - система организмов может быть матричной, комбинативной, кластерной, коррелятивной. Это подтверждается в последнее время.
       В частности, как ясно теперь, система должна быть представлена более полными графами - например, схемами эволюции полифилетических таксонов. Теперь догма монофилии уже опровергнута - доказано, что полифилетичны систематические группы организмов самых разных таксономических рангов. Так, эукариоты появились вследствие симбиогенеза клеток прокариот: доноров ядра, предков митохондрий и (у растений) пластид; млекопитающие происходят из нескольких групп рептилий; род слива является гибридом тёрна и алычи; вид “домашняя собака” имел трех предков - волка, шакала и томарктуса, и т.п. История концепций и факты эволюционного симгенеза, начиная с работы А.С. Фаминцына и О.В.Баранецкого 1867 г. о лишайниках и до конкретных открытий последнего периода, рассмотрены в монографии (Воронцов, 1999, с. 487-497).
       Отметим, что ситуации как ассоциаций, так и слияний геномов в организмах приводят к построениям весьма нетривиальных филогенетических древ. Ветви их могут срастаться, а одна и та же группа - присутствовать одновременно в нескольких ветвях одного древа: например, митохондрии и пластиды - и в сюжетах эволюции прокариот, приведших к симбиогенному образованию клеток эукариот, и в то же время - как генетические маркеры в ветвях-таксонах разного ранга животных, грибов (митохондрии) и растений (митохондрии и пластиды) (Седов, 1994).
       Другая группа коррелятивно-матричных примеров филогении - это схемы, отображающие события генетических рекомбинаций в эволюции. Так, за последние десятилетия множеством исследований было показано, что многие гены внутри геномов обменивались функциональными доменами. Возражения, что эти события касаются лишь внутриклеточной и внутриорганизменной геномики и потому не имеют отношения к макроэволюции, теперь опровергнуты. Дело в том, что наличие горизонтальных переносов генов между организмами очень далеких таксонов, сведения о которых которые были систематизированы (Хесин, 1984) и оспариваемы в течение последних двух десятилетий, получили массированное подтверждение. В контексте международной исследовательской программы "Геном человека" в National Center of Biotechnological Research (NCBI, Bethesda, Maryland, USA) проводится детальный компьютерный анализ геномов, прочитанных (секвенированных) полностью. (См. в Интернет большой массив соответствующих работ на сайте: www.ncbi.nlm.nih.gov). Уже секвенированы геномы десятков видов прокариот из эволюционно крайне далеких друг от друга групп, а также дрожжей, нематоды Coenorhabditis elegans, риса, дрозофилы, мыши и человека. Различные геномы имеют длины от полумиллиона (у самых простых прокариот) до миллиардов (у многих эукариот, включая человека) нуклеотидов, а различных генов они содержат, соответственно, от 470 (у Micoplasma genitalium) до десятков тысяч. Судя по результатам сравнений всех генов в полностью прочитанных геномах самых различных прокариот, на заре их биологической эволюции происходили множественные переносы разнообразных генных систем между предками очень разных, эволюционно далёких друг от друга групп этих организмов. Таким образом, общее эволюционное древо не имеет единого корня - по крайней мере на уровне прокариот полные генетические программы представителей одних групп представимы в виде комбинаций из генетических программ других. Эти данные целесообразно представлять в виде как сетей (графов), так и таблиц - матриц. Таким образом, вопреки оценкам самого Любищева, предложенные им формы представления данных, не тривиальные для систематики per se, становятся нужными для филогении. В аспекте теории информации это означает, что если эволюционную ветвь рассматривать как информационный канал (как, например, делал И.И.Шмальгаузен), то любой из полифилетических таксонов (включая и симбиогенные) в генетико-эволюционном отношении “многоканален”, и для анализа эволюции необходимо учитывать взаимодействия таких каналов.
       Набирают силу и подходы к генам как к живым объектам (Седов, 2000), что, возможно, позволит рассматривать даже отдельные гены в контексте динамической теории информации (по Д.С.Чернавскому).
       А.А.Любищев неоднократно показывал, что селекционизм (неодарвинизм, СТЭ) далеко не всегда пригоден для анализа фактов эволюции. За последние годы этот скептицизм получил множество эмпирических подтверждений и имеет сторонников среди ведущих отечественных специалистов по генетике и теории эволюции (Воронцов, 1999; Голубовский, 2000; Чайковский, 2003). Как известно, необходимые компоненты концепции, предложенной Ч.Дарвином для объяснения биологической эволюции, - это ненаправленные наследственные вариации (как было показано после Дарвина генетиками, - в основном это мутации) и естественный отбор. Заметим, что в информационно-вычислительной технике сочетания аналогов того и другого используют с середины 20 века - в виде программ, в которых использован "метод проб и ошибок", или "метод Монте-Карло". В обобщённых теоретических моделях микроэволюции популяций живых организмов на основе вычислений того, как могут изменяться распределения частот наследуемых вариантов вследствие отбора, делались попытки использовать формулу К.Шеннона и её производных для вычисления количеств информации (например, в работах И.И.Шмальгаузена, о которых шла речь в главе **). Заметим, что если именно такие эволюционные акты по Дарвину считать основой процессов эволюции, то именно они должны приводить к возрастанию количества информации, понимаемой как по К.Шеннону - как интегральной меры сложности и разнообразия. Однако здесь можно увидеть парадокс: если исходить из определения Г.Кастлера, которое лежит в основе современной динамической теории информации, развиваемой Д.С.Чернавским, то ни роста количества информации, ни информационных процессов здесь нет: хотя имеет место и генерация случайных вариантов, и “запоминание” тех или иных из них, но направленный естественный отбор - это не “изначально случайный выбор”.
 Становится всё более ясным, однако, что в биологической эволюции такой “метод проб и ошибок” необходим, но - вопреки догматическим утверждениям школьных учебников - далеко не достаточен. Среди генетических текстов "классические неодарвинистские" гены имеются: некоторые стохастические мутации в них, сосуществуя в популяции наряду с исходными генами, могут становиться причинами полиморфизма особей, сбалансированного противоположными векторами отбора. (Хрестоматийный пример - серповидноклеточная анемия, при которой такая ситуация вызвана заменой лишь одного конкретного нуклеотида в гене глобина. Она деформирует гемоглобин и эритроциты, вызывая патологию, однако в гетерозиготной форме такой ген полезен, так как спасает эритроциты от заражения их малярийным плазмодием).
       Между тем, различные эксперименты показывал, что “случайные” мутации оказывались направленными. Таковы результаты опытов С.М.Гершензона по мутагенному действию ДНК телят на дрозофил, результаты которых были опубликованы ещё в 1939 г. в “Докладах АН СССР”: “мутировали очень немногие гены и в очень немногих направлениях... зато часто” (Чайковский, 2003, с.177). Таковы “довоенные работы, в которых обсуждалось влияние патологического стресса на мутабильность”, и, наконец, опыты Дж. Кэйрнса 1988 г. на бактериях (см. там же). Этой проблеме Ю.В.Чайковский посвятил несколько страниц своей книги (там же, с. 176-178: “Неслучайность “случайных мутаций”. Что отбирается отбором?”), на которых цитирует А.А.Любищева: “всякое учение об эволюции заключает три момента: изменчивость, наследственность и естественный отбор. Полагают, что признание этих трёх моментов уже означает принятие селектогенеза (дарвинизма - Ю.Ч.). Это совершенно неверно. Всё дело в том, как понимать наследственность и изменчивость”.
О сложных и не всегда понятных аспектах того и другого феноменов в отношении информационных макромолекул - генов и прочих ДНК-текстов - пойдёт речь далее в этой главе.
       Среди генов и прочих участков ДНК есть немало нейтралистских: в них накапливаются именно стохастические, случайные мутации, однако не происходит никакого отбора между мутантными вариантами: либо они размножаются все, либо происходит случайная фиксация - избирательное сохранение и размножение - одного или некоторых из них.
       Заметим, что в рамках теоретико-информационных представлений по Г.Кастлеру и Д.С.Чернавскому, именно такая нейтральная эволюция, в отличие от дарвиновской, является генерацией информации - “запоминанием изначально случайного выбора”. При этом “выбираются” и подлежат размножению либо все мутантные варианты (этот случай, впрочем, можно не считать ни выбором, ни, соответственно, генерацией информации), либо лишь один или некоторые из всех. (что, напротив, точно соответствует названному определению).
       Строго говоря, лишь такие участки соответствуют основному постулату ДНК-РНК-систематики - концепции "молекулярных часов": чем раньше разделились между потомками копии какого-либо участка генома, тем больше между ними накопилось различий. Тогда, вычисляя и сопоставляя различия в изофункциональных генетических текстах, можно строить древа их родства. Но справедливо это лишь для тех текстов, изменения в которых не влияют на жизнеспособность, т.е. не подвержены отбору. Используя меры сходств и базируясь на подмножествах таких нейтралистских участков ДНК, ДНК-РНК-систематики (геносистематики) получили немало проверенных и биологически ценных результатов (Седов, 1994).
       Однако и в отношении “молекулярных часов” многое не понятно. Например, в ДНК хлоропластов (хпДНК) растений появление в эволюции одного инвертированного повтора резко ускорило их стохастическую мутационную дивергенцию. Кроме того, по неизвестным причинам все хпДНК дивергируют на несколько порядков медленнее, чем ДНК митохондрий (мтДНК); поэтому по участкам хпДНК изучают филогению сосудистых растений, а по участкам мтДНК - этногенез человека (т.е. события, соответственно, за сотни миллионов и за сотню тысяч лет).
       Есть в геномах и разнообразные следы коэволюции генов (Родин, 1994). Механизмы их часто не понятны.
       Приведём один пример. Каждый из двух генов пролактинового генного семейства имеет несколько различных экзонов; по каждому из экзонов эти гены почти идентичны, а все их интроны абсолютно не сходны друг с другом; притом все интроны одного - втрое длиннее находящихся в гомологичных местах интронов другого. Не понятно, каков был механизм блочно-модульной перестройки, которая могла так заменить все эти интроны.
       А.А.Любищев ещё в 1945 г. писал: “Неоспоримой заслугой Вейсмана, по-моему, является ... правильный упор на то, что наследственная субстанция гораздо более независима от внешних факторов, чем это было принять думать до него”. (цит. по: Чайковский, 2003, с. 107). Свои представления о соотношении двух эволюционных тенденций - к приспособлению и к прогрессу - “Любищев любил выражать ... афоризмом (автора которого не помнил): “Эволюция подобна фонтану - движение струи вверх направляется внутренним импульсом, а падение воды вниз - приспособлением к обстоятельствам” (там же, с.229). И действительно, - в последние десятилетия в геномах выявляются все новые и новые следы разнообразных автогенетических, в том числе и коэволюционных, событий, по мере эволюционных усложнений организмов делавших логику их эволюционного развития и онтогенетической реализации все менее и менее зависимой как от собственных стохастических изменений (использование которых - тоже важный, но не единственный "модуль" эволюции), так и от непосредственных требований внешней среды.
       В целом, даже рассматривая уровень первичных структур ДНК, можно видеть, что принципов эволюции в геномах - гораздо больше, чем в теориях биологов (ряд примеров - см. Голубовский, 2000). И эти принципы друг друга не исключают, а дополняют. Не выявлено лишь конкретных ламаркистских механизмов - перекодировки фенотипического “опыта” в геномные тексты; однако некоторые авторы постулируют наличие и таких механизмов (например, см. Чайковский, 2003, С.184-188).
       В общем, геномы эволюционируют "плюралистично", а когда и почему могут преобладать те или иные принципы - еще не ясно. Это - не агностицизм, а констатация меры нашего нынешнего незнания.
       Безусловно, полиморфизм особей в популяции - объект для естественного отбора. Но и полиморфизм особей не абсолютно стохастичен, как это представлялось неодарвинистам.
       Причина этого - в том, что, как теперь известно, отбор стохастически получаемых вариантов может происходить на всех структурных уровнях биологических систем. Разнообразны конкурентные отношения вариантов генетических текстов в геномах - это показывают многочисленные работы по эволюции Alu-, SINE-, LINE- и прочих повторов в эволюции позвоночных. В процессах онтогенеза конкурируют клеточные клоны, различающиеся мутациями, рекомбинациями и/или паттернами активации и инактивации тех или иных важных генов. Таким образом отбору подвергаются и мутации по жизненно важным генам (систем репарации, узловых точек метаболизма, регуляции клеточных циклов и межклеточных коммуникаций); отбор в пользу аномальных мутантных клеток - основа канцерогенеза; клонально-селекционные механизмы, включающие точковые мутации и рекомбинации и в ответ на те или иные антигены приводящие к избирательному размножению лимфоцитов с соответствующими им генетическими вариантами антител-иммуноглобулинов - основа иммуногенеза; многие другие онтогенетические феномены пролиферации, выявленные на экспериментальных моделях - аллофенных химерах, соматических мутантах и кроссоверах. Таким образом, сравнительно давние концепции онтогенеза - эквифинальность по Г.Дришу и креоды по К.Уоддингтону, упоминавшиеся и А.А.Любищевым - подтверждаются в последние десятилетия новыми знаниями о генах и клетках. Точечные мутации в генетических текстах экспрессируются далеко не всегда, а если экспрессируются, то, как правило, они летальны, и лишь изредка приводят к ограниченному разнообразию: реализуются лишь те немногие из фенотипов, в которых внутренние корреляции на всех суборганизменных уровнях (пока еще слишком мало изученные) позволяют получить хотя бы в какой-то степени "внутренне согласованных" особей. Это подтверждается, в частности, тем клиническим фактом, что у человека в 30% случаев зачатий эмбрионы резорбируются - происходит их пренатальный отбор.
       С другой стороны, уже ясно, что естественному отбору подвержены и целостные надорганизменные системы - семьи, популяции, сообщества, экосистемы, биоценозы. Данные экологии и палеонтологии свидетельствуют, что эволюция таких систем как целого могла определять облики различных живых существ, их составляющих. Так, например, в эволюции фаун триаса тероморфы замещались завроморфами-архозаврами параллельно среди растительноядных и среди хищников (Dzik, 1997 - см. Еськов, 2000, с.206). Другой пример - параллелизм между “наборами” экологических ниш и внешних обликов, представленных сумчатыми млекопитающими в фауне лесов Австралии и Новой Зеландии, и таковыми в лесах других континентов, представленных плацентарными млекопитающими.
       Таким образом, во-первых, хрестоматийная "неопределённая" наследственная изменчивость особей на самом деле является "не совсем определённой". Её неопределённость - следствие как объективной стохастичности процессов (возникновения точечных мутаций и рекомбинаций - да и то не всех, так как известно, что частоты точечных мутаций в разных участках ДНК различны, а многие рекомбинации детерминированы уже имеющимися свойствами генетических текстов; таковы транспозиции мобильных генетических элементов, блочно-модульные перестройки и т.п.), так и нашего незнания - о том, какие из них, почему и как отвергаются отбором сразу при их возникновении, еще до формирования особей и задолго до того, как они могли бы внести вклад в генофонд популяции.
       Во-вторых, - объектами естественного отбора служат не только особи, но и элементы всех прочих уровней биосистем; их взаимодействия "сверху" и "снизу" (многие из которых можно интерпретировать как естественный отбор), определяют, какими могут и не могут быть макромолекулы, клетки, организмы и их сообщества. И потому, как это ни парадоксально, концепция естественного отбора слаба именно тем, что слишком универсальна и потому не позволяет прогнозировать почти ничего - так же, как схоластические понятия "субстанции и их атрибуты", законы диалектики и прочие архаизмы. Иными словами, - “отбор если и можно считать механизмом, то неконкретным” (Чайковский, 2003, с.211).
       Однако сам по себе естественный отбор приводит к адекватному ответу системы - и этим принципиально отличается от случайного выбора синергетических систем в ситуациях бифуркации. В аспекте динамической теории информации, - остаётся открытым вопрос: какие биосистемы, кроме генома и его частей, иммунной и нервной систем и организма как целого, являются информационными, т.е. способными получать, хранить и генерировать информацию? На каких структурных уровнях биосистем могут наблюдаться внезапные неустойчивые состояния в ответ на плавные изменения параметров, и могут ли оказываться случайными варианты выбора при таких бифуркациях? Если такой выбор изначально случаен, то какие ещё биосистемы могут запоминать его? Для генетических, иммунных и нейральных систем это показано. Могут ли служить для такого запоминания другие системные механизмы (например, состав и конфигурации биоценозов)?
       “Идею целостности настойчиво разъяснял Любищев (Марасов А.Н. Единство целого при свободе частей - метаидея А.А.Любищева //ЛЧ, 1992), но в то время ещё не настал её час. Целостность и ныне понимается медленно и трудно” (Чайковский, 2003, с.325). Однако можно заметить, что в последние годы тенденции к этому пониманию в мировом сообществе биологов проявляются. Многочисленными исследованиями информационных макромолекул (ДНК, РНК, белков) и связанных с ними процессов выявлено немало как фундаментальных интегративных механизмов (примеры - генетический контроль сегментации, его эволюционные гомологии и разнообразие; интегральные модели канцерогенеза), так и разнообразных феноменов “свободы частей” в геномах (см. Голубовский, 2000). Анализ структур и функций геномов и их продуктов как “единства целого” делает первые шаги, что в последние годы нашло отражение в формировании двух новых взаимосвязанных интегративных наук - геномики и протеомики. Интегративные биологические дисциплины, формирующиеся в последние десятилетия и стремящиеся охватывать “единство целого” на более высоких структурных уровнях - это клеточная биология, биология развития, глобальная экология.
       Именно сейчас, когда биологи столь богата эмпирическими знаниями на всех уровнях организации живого и при этом продолжают открывать новые феномены и ставить новые вопросы, можно по достоинству оценить критицизм Любищева в отношении дарвинизма как "единственно верного и всепобеждающего учения". Можно сказать, что Ч.Дарвин и его последователи создали не теорию, а лишь одну из самых логичных концепций эволюции. Некритическое преподавание и усвоение лишь ее - как догмы - остается одним из самых слабых мест нашего школьного образования. Возможно, оно-то и привело к вере в селекционизм как в единственный принцип эволюции и к экстраполяции его на социум, а потому - к упованиям на стохастичность рынка как на единственную панацею от тоталитарного детерминизма, при господстве которого принципы свободной конкуренции отвергали как "вульгарный социальный дарвинизм". По-видимому, и в социальных исследованиях настало время сочетать стохастические модели с изучением конкретных социальных аналогов автогенеза и коэволюции.
       “Больше всего Любищев запомнился как блестящий критик, считавший долгом выискивать и разбивать не слабые (как это обычно), а самые сильные места критикуемых учений” (Чайковский, 2003, с. 164). “Однако очень важна и конструктивная деятельность Любищева. По-моему, его понимание эволюции остаётся самым удачным до сих пор” (там же, с.165). Однако на наш взгляд, целостным эволюционным учением, позволяющим по-своему объяснять эмпирические эволюционные факты, концепции Любищева не являются. Но это никак нельзя назвать их изъяном: очень ценна именно их критическая сторона. Мы видим, что чем более огромными становятся в наши дни эмпирические знания биологов, тем дальше они от "целостного мировоззрения". По-видимому, рациональное зерно "постнеклассической" науки и состоит именно в том, чтобы такие сложные феномены, как жизнь, изучать не с одной позиции, а сочетать несколько таких взаимно дополнительных аспектов, ракурсов и уровней анализа, которые в совокупности позволяют непротиворечиво объяснять и предсказывать результаты наблюдений и экспериментов.
       Эволюция - феномен, связанный с накоплением информации, как бы мы ни интерпретировали этот термин - по К.Шеннону (как меру разнообразия и, отчасти, сложности) или по Г.Кастлеру и Д.С.Чернавскому (как результаты запоминания системами результатов их актов случайного выбора). В творчестве А.А.Любищева удивительно то, что, совершенно не опираясь на представления об информации и теоретико-информационные концепции, он анализировал те некоторые важные аспекты эволюции и систематики организмов, которые выявляются много лет спустя благодаря анализу их конкретных информационных макромолекул - генетических текстов, а также биологических информационных процессов.

ЛИТЕРАТУРА

Воронцов Н.Н. Развитие эволюционных идей в биологии. Москва, УНЦ ДО МГУ, Прогресс-Традиция, АБФ, 1999.
Голубовский М.Д. Век генетики: эволюция идей и понятий. Санкт-Петербург, Борей Арт, 2000.
Еськов К.Ю. История Земли и жизни на ней. Москва, МИРОС, 2000.
Корочкин Л.И. Биология индивидуального развития. Москва, Изд-во
       МГУ, 2002.
Любищев А.А. К логике систематики. // Проблемы эволюции. Т.2.
       Новосибирск, СО АН СССР, 1972. С. 45-68.
Любищев А.А. Проблемы формы, систематики и эволюции
       организмов. Сборник статей. Москва, Наука, 1982.
Родин С.Н. Идея коэволюции. Новосибирск, Наука, 1994.
Седов А.Е. История геносистематики и ее применения в
       филогенетике. Диссертация докт. биол. наук. Москва, ИИЕТ
       РАН, 1994.
Седов А.Е. Метафоры в концепциях генетики: количественный и
       структурный анализ. Вестник РАН, 2000. Т.70, № 6. С.526-
       534.
Хесин Р.Б. Непостоянство генома. Москва, Наука, 1984.
Чайковский Ю.В. Эволюция. Москва, Центр системных исследований - ИИЕТ РАН, 2003.


Глава 16.
СОВРЕМЕННАЯ ГЕНЕТИКА В РЕШЕНИИ КЛЮЧЕВЫХ
ПРОБЛЕМ ЭВОЛЮЦИИ

Со времён Аристотеля до середины ХХ века, а в большинстве разделов системы живых организмов и по сей день, систематика и схемы эволюционных связей базируются на методах и результатах триады дисциплин: сравнительной морфологии, сравнительной эмбриологии и палеонтологии. Все эти дисциплины изучают пространственные структуры - формы организмов и их частей - и их изменения во времени. И, хотя для этих целей создаются и динамические пространственно-временные модели, однако конкретные биологические формы - это именно тот класс объектов, который - по крайней мере до сих пор - практически не поддаётся анализу с позиций каких-либо из теоретико-информационных методов. По крайней мере, среди более чем 3000 публикаций по применению теории информации в биологии, размещённых на одном из главных мировых биологических Веб-сайтов <www.ncbi.nlm.nih.gov>, автору таких ссылок и рефератов найти не удалось.
Между тем, именно сравнительный анализ структур и функций информационных макромолекул (ДНК, РНК и белков), выделенных из разных организмов, дали и продолжают давать биологам множество новых разнообразных возможностей, в том числе и в отношении построений схем эволюции различных групп организмов, а также целостной общей схемы эволюции живых существ Земли (мегаэволюции). Здесь наиболее важны два направления, соответствующие двум первым элементам названной триады: эволюционная история генов и целых геномов, называемая в нашей стране геносистематикой (Седов, 1994), а теперь в заничительной степени - геномикой, и сравнительная генетика развития (последняя становится всё более значимой для эволюционных исследований в последние годы - см. Корочкин, 2002). С третьим элементом триады дело обстоит иначе. Молекулы РНК очень неустойчивы; ДНК и белки тоже в подавляющем большинстве таксонов можно изучать лишь у современных организмов (в терминах палеонтологии - рецентных форм). Из вымерших организмов удалось выделить и изучить лишь единичные образцы ДНК. (Это направление исследований называется ДНК-палеонтологией). Самые древние из сохранившихся фрагментов ДНК, пригодные для сравнительно-эволюционных исследований, найдены в насекомых третичного периода, застывших в янтаре. Глубже этого времени возможности ДНК-палеонтологии в принципе не простираются, и даже на этом временном отрезке её данные гораздо менее полны, чем в “классической” палеонтологической летописи - которая, как известно, тоже весьма неполна. Поэтому результаты “макромолекулярной палеонтологии” получают на современном материале и стремятся проецировать на эволюционную историю. При этом об эволюционном положении многих вымерших таксонов нельзя судить вообще или можно судить лишь по косвенным данным - на основании сравнений ДНК и/или белков тех современных форм, которые родственны им. Разумеется, это - серьёзное ограничение обсуждаемых подходов, и здесь данные “классической” палеонтологии (включающей теперь микроскопические и биохимические исследования) остаются и, вероятно, всегда останутся незаменимыми - не имеющими “параллельных контрольных” подходов с обсуждаемой здесь стороны. Однако сами данные палеонтологии могут служить для проверки тех схем эволюции, которые по генам, геномам и белкам можно строить лишь для рецентных организмов.
Тем не менее, именно сравнительный анализ информационных макромолекул разных организмов привёл в последние годы к переосмыслению и даже пересмотру многих прежних эволюционных представлений. Данная глава посвящена как этому молекулярно-генетическому вкладу в картины и концепции эволюции, так и тем новым проблемам морфологической макроэволюции, где именно молекулярно-генетические данные могут оказаться нужными в дальнейшем.
Современной генетики и, в частности, геносистематики ('DNA/RNA taxonomy’, ’DNA/RNA systematics')’ (Седов, 1994), к сожалению, нет в отечественном образовании - ни в школьном, ни в даже высшем в большинстве тех учебных институтов, в которых преподаются общие курсы естественных наук. Автор надеется, что эта глава хотя бы отчасти сможет компенсировать этот пробел в базовом образовании читателей - как учащихся, так и преподавателей.
Вкратце коснёмся истории - дат создания основных методологий и открытий в области изучения наследственных информационных макромолекул - ДНК.
1969 - начало локализации фрагментов ДНК в хромосомах (молекулярная гибридизация in situ) - выявление избыточности ДНК в геномах эукариот.
1972-74 - начало молекулярного клонирования и создание основ генной инженерии (технологии рекомбинантных ДНК).
1977 - начало секвенирования (чтения) различных клонированных фрагментов ДНК - выявление мозаичности (интронно-экзонной организации) генов эукариот и наличия в их геномах множества разнообразных перемещающихся ДНК-элементов.
1980-81 - зарождение генной биоинформатики: появление всемирных компьютерных банков данных о генах и прочих участках геномов разнообразных организмов.
1987 - начало работы Всемирной программы "Геном человека" (теперь изучающей геномы разнообразных организмов) - прочитаны полные геномы представителей основных современных ветвей эволюции живого на Земле:
       1996 - кишечной палочки и дрожжей,
       1998 (декабрь) - круглого червя Coenorhabditis elegans;
       2000 (апрель) - более 30 видов крайне различных
       прокариот, а также дрозофилы;
       2001-2002 человека (потребуются ещё уточнения);
       в ближайшие годы - растения Arabidopsis, рыбы фугу,
       лягушки Xenopus, мыши, собаки, а затем и других
       организмов.
(Аналогичную, но более детальную хронологию - охватывающую и историю генной инженерии - см. в Главе 20**).
Объекты современной геномики образуют биологические иерархии всех типов: структурные, функциональные, классификационные (см. Главу 10). Несовпадения между последними и схемами филогении, в соответствии с представлениями А.А.Любищева и С.В.Мейена (Чайковский, 2003), тоже перспективны для исследований принципов макро- и мегаэволюции (см. предыдущую главу). Например, этой цели может служить многоуровневая систематика морфогенов - их первичных структур, вариантов размещения и сблоченности в геномах, функциональных взаимодействий. Организацию морфогенов в этих аспектах в последнее время сравнивают в разных ветвях животного мира - у членистоногих и позвоночных (см. Корочкин, 2002).
       Следует подчеркнуть, что сейчас в геномике всё более и более важны выявление и сравнительный анализ in vivo, in vitro и in virtuo (in silica) генов с максимальным семантическим весом - тех, что контролируют ключевые этапы клеточных и жизненных циклов, дифференцировки, иммунитета, морфогенеза, нейрогенеза, психической деятельности, рака, старения (Kondrashov, 1997; Spurr, 1999; Sedov, 2000). Человек - это один из миллионов видов Земли, а потому сведения из геномики важны для понимания как медицинских задач, так и их историко-социальных аналогов (Sedov, 2000).
Достижения и проблемы наук об эволюции жизни во многих аспектах освещались в отечественной литературе последних лет (Красилов, 1986; Татаринов, 1987; Воронцов, 1999, Чайковский, 2003) - однако не в тех аспектах, которые открываются благодаря молекулярно-генетическим знаниям, полученным за последние годы. Приоритетные исследования в этой области происходят за пределами нашей страны - в NCBI, Integrated Genomics и других достойно финансируемых и оборудуемых научных центрах. Некоторые важные аспекты эволюции с молекулярно-генетических позиций последних лет рассмотрены в предыдущей главе, которая отчасти изложена в статье (Седов, 1999). В данной главе сформулирован ряд ключевых вопросов макро- и мегаэволюции - именно тех, которые именно геномные исследования всё более проясняют - при этом, однако, ставя и новые проблемы.

 1. Происхождение и "общий корень" жизни.

       Секвенирование и компьютерные сравнения полных последовательностей ДНК геномов 30 различных прокариот (Mushegian, Koonin, 1996) показали следующее.
(а). Выяснена минимальная теоретически возможная величина генома. Самая элементарная живая клетка, которая могла бы выполнять весь минимум взаимосвязанных необходимых жизненных функций, как можно меньше веществ синтезируя сама - обходясь без соответствующих генов и живя в среде, предельно богатой всеми возможными готовыми питательными веществами (включая биогенные), должна содержать комплект примерно из 250 конкретных изученных генов, т.е. около четверти миллиона нуклеотидов. Даже это - огромная целостная информационная программа, где "из песни слова не выкинешь": утрата любого из этих генов для такой клетки была бы губительна. Близок по величине - около 470 генов - минимальный из всех известных клеточных геномов; его имеет Mycoplasma genitalium - облигатный прокариотический паразит, живущий в гениталиях млекопитающих, именно в очень богатой среде. Однако доклеточные формы “преджизни” - коацерваты и микросферы, предсказанные и полученные в разных научных школах и лабораториях (Опарина, Голдейкра, Миллера, Понамперумы, Фокса и др.), вообще не содержат генетических программ. Значит, эволюция от таких объектов до минимальной клетки - "белое пятно". Его когнитивное теоретическое содержимое - это более сложные концепты преджизни (альтернативные или же взаимодополнительные): “мира РНК”, “мира пептидов” и “мира ансамблей малых молекул на абиогенных матричных структурах”.
(б). Доказано, что древнейшие бактерии из крайне различных групп обменивались сложными системами генов (см. цикл работ этих же авторов, выполненный в 1990-х гг.). Значит, монофилетические схемы эволюции прокариот неверны, так как эта эволюция должна изображаться не древом, а сетью. Соответствующие ориентированные графы показывают пути перемещений целых ансамблей информационных макромолекул - генов (часто физически не сцепленных, т.е. находящихся в разных участках того или иного донорного генома). Таким образом, эволюция прокариот была сетью взаимосвязанных процессов обмена блоками генетической информации и их сочетаниями.

2. Могут ли "срастаться" макроэволюционные древа?

(а). Изложенное в п.1б. отвечает на этот вопрос положительно: древа отдельных таксонов прокариот (в отношении иерархии их рангов - начиная с клонов) были связаны в сети векторами генных переносов.
(б). Сравнения геномов митохондрий, хлоропластов и бактерий доказали, что клетки эукариот симбиогенны; выявлены бактерии - предки органелл, передавшие большую часть своих генов в хромосомы генома ядра. (различные эволюционные аспекты этого - см. Седов, 1994; Kondrashov, 1997; Воронцов, 1999; Седов, 1999; Sedov, 2000).
(в). По крайней мере гены супероксид-дисмутазы передались и от эукариотического организма (глубоководной рыбы со светящимися органами) прокариоту (живущему в этих органах симбионту - светящейся бактерии), и наоборот - от прокариот к эукариотам (нескольким различным растениям) (см. Воронцов, 1999).
(г). Между родами по крайней мере в рамках семейств (у растений - розоцветных, у животных - сурковых и псовых) половым путём происходили слияния и объединения хромосомных комплексов (Воронцов, 1999).
(д). Палеонтологи выявили множество случаев градизма: разные отряды рептилий независимо приобретали сложные морфологические группы признаков млекопитающих, а другие разные их отряды - птиц; аналогично разные древние черви “пытались” стать членистоногими, разные членистоногие - насекомыми, разные голосеменные растения - покрытосеменными. (Об этом свидетельствуют большие циклы исследований и соответствующих публикаций сотрудников ПИН ПАН).
Всегда ли в основании такого макро- и мегатаксона, к которому вело несколько потенциальных филетических ветвей, или даже несколько “входов” лишь из фрагментов генетических программ разных таксонов, оказывался лишь один вид? - Вопрос остаётся открытым. Но, так или иначе, можно констатировать следующее.
1). Градистские феномены - автогенетические и телеономические - в макроэволюции найдены. По-видимому, именно генетикам в сотрудничестве с морфологами предстоит выявить их механизмы. Одним из подходов автору представляются целесообразными исследования сетей морфогенов и их функциональных связей у современных форм.
 2). Догмат о том, что эволюция исключительно монофилетична, опровергнут на нижних структурных уровнях (до разнообразия клеток прокариот включительно) и остаётся сомнительным на верхнем - на уровне организмов.

3. Как и почему филогенетические древа ветвятся?

       Вот лишь несколько свидетельств того, что дарвинистская идея адаптивной радиации в новых экологических нишах недостаточна.
(а). Многие ветвления в филогении млекопитающих и, в частности, приматов чётко коррелируют с появлениями новых длинных эндогенных повторов в ДНК (SINE, LINE, LTR). Есть LTR (long terminal repeats) не только в геномах млекопитающих: им высоко гомологичны LTR ретровирусов, передающихся в широком спектре хозяев. Во всех этих случаях LTR содержат мощные регуляторные участки ДНК: промоторы, операторы, энхансеры, сайленсеры - способные связывать специальные белковые комплексы и/или изменять конформацию больших прилежащих участков ДНК, а этим и работу генов в них. Известно, что ретровирусы могут встраиваться в геном и размножаться в нём посредством обратной транскрипции. Потому, возможно, каждое ретровирусное инфицирование могло породить каскад морфо- и/или нейрогенетических наследуемых событий. Такова картина макроэволюции полуобезьян и приматов: в ней каждая дивергенция отмечена появлением специфического ретровируса лишь в одной из двух ветвей. (Свердлов Е.Д., устное сообщение).
(б). Традиционные морфологические признаки - не всегда удачные маркеры эволюции. Например, многолетние работы молекулярных генетиков - сравнения генов RBC-L у зелёных растений - от прохлорона, хлорелл и харовых водорослей до тысяч видов цветковых - подтвердили правильность морфосистематики; однако есть исключение - важно не количество семядолей, а микрорельеф пыльцы.

4. Как происходит макроэволюция - непрерывно или скачками? Роль генного и геномного автогенеза.
       
Множество примеров из палеонтологии и генетики развития показывает, что важны макромутации и "многообещающие уроды" (по Р.Гольдшмидту). Особенно они существенны для ключевых генов онтогенеза, многие из которых недавно открыты (Kondrashov, 1997; Spurr, 1999; Sedov, 2000; Корочкин, 2002). Надеемся, что дальнейшие их исследования помогут понять причины градистских феноменов, названных выше (см. п.2 (д)).

5. Параллелизмы, конвергенции, преадаптации в ДНК.
       "Диалоги" между структурами и функциями разных структурных уровней.
 
       Параллельно возникали в 3 царствах эукариот гены митоза и мейоза (Kondrashov, 1997), в 2 из них - половые хромосомы (Корочкин, 2002). Гены ориентации основных осей тел, их симметрии и сегментации сходны у многоклеточных животных (включая ещё не сегментированных - губок) и у высших растений. Показано, что они кодируют белки - факторы транскрипции. Очевидно, с возникновением многоклеточности их триггерные функции охватили и регуляцию симметрии при морфогенезе. Интересно, однако, что произошло это у животных и у растений независимо - так как многоклеточные организмы появились в двух этих царствах независимо. Мы можем предположить, что многоклеточность как таковая - не зависимо от всех прочих особенностей организма - каким-то пока не понятным образом переключает работу этих генов в одном направлении - на регуляцию симметрии тел. Механизмы этого переключения ещё предстоит выяснять. Можем мы предложить и другое возможное объяснение - горизонтальные переносы этих генов, уже ставших морфогенетическими, между растениями и животными в протерозое и раннем палеозое. Обе этих версии, однако, выглядят крайне необычно.
       Выявлены субституции функций ДНК: у гена mdr-1 (обсуждение - см. Sedov, 2000, и в Главе 14** этой книги); замена роли экзона на роль промотора у дрозофил (Кондрашов А.С., персональное сообщение); комплексные реорганизации интронов в генном семействе PLA (см.Седов, 1999, и в Главе 15**). Есть и ещё более поразительные примеры. Так, компьютерные сравнения секвенированных геномов показали, что у дрожжей есть ряд генов, в каждом из которых последовательность нуклеотидов чрезвычайно сходна с таковой того или иного гена человека; у человека мутации в одном из них - причины наследственной глухоты, в другом - фамильной сердечной миопатии, в третьем - наследственного не полипозного рака, в четвёртом - болезни Вильсона (нарушения метаболизма меди, приводящего к патологиям печени) в пятом - ксеродермы (рака кожи), и т.п... (“The genes we share...”, 2001). У дрожжей нет ни ушей, ни сердец, ни кишок, ни печени, ни кожи: в “контекстах” их геномов и клеток все эти генетические тексты делают нечто совсем иное, чем в более сложных “контекстах” - в организмах животных (включая человека).
       Таким образом, выявлено множество “преадаптаций” отдельных ДНК-текстов - полных замен их функций при эволюционных изменениях содержащих их “контекстов” - геномов per se и/или систем "геном- фенотип".
 Подобные полные замены функций известны и на другом уровне, морфологам - в частности, в эволюции мозговых структур позвоночных животных (Шульговский В.В., устное сообщение).
Все эти факты в корне изменяют наши представления о принципах эволюции: оказывается, сначала возникают структуры несущие те или иные функции, а потом под них “подбираются” те или иные совершенно новые функции - в том числе посредством их радикальных замен или неочевидных и даже парадоксальных расширений. Всё это - информационные процессы, механизмы которых совершенно не ясны.
       Кроме того, это яркие доказательства необходимости биосемиотического подхода (см. Главу 8**): генетически и морфофизиологически разные системы - геномы и организмы - интерпретируют предельно сходные “знаки” - ДНК-тексты этих генов - в виде совершенно различных фенотипических признаков, присущих именно их “контекстам”.
       Представляется конструктивной следующая задача. Разнообразные “сценарии” взаимодействий между структурами и соответствующих преобразований их функций были классифицированы на основе многочисленных данных сравнительно-функциональной морфологии позвоночных животных (Северцов, 1939). Все их можно представить в виде набора лаконичных ориентированных графов, а затем искать изоморфные им ситуации в геномике и изучать их кибернетические и семиотические основы. Здесь логика морфологов может помочь работе молекулярных генетиков, vice versa, для понимания принципов эволюционных событий.

6. Возможно ли "редактирование" генов геномом и/или фенотипом - направленные адаптивные замены нуклеотидов, а также инсерции, делеции и транслокации?

       Это - вполне неоламаркистский вопрос, обычно вызывающий негативизм эволюционистов. Однако идеи самого Ж.-Б.Ламарка не следует рассматривать с тех же позиций, что и отечественный феномен Т.Д.Лысенко и иже с ним, в котором невежество сочеталось с административно-идеологическим террором,. Так, ламарковская концепция градаций породила гипотезы градизма, о недавних подтверждениях которых сказано выше в этой главе.
       Два звена, необходимые и достаточные для ДНК-редактирования, выявлены экспериментально: первое - это редактирование в мРНК, второе - известное с середины 1980х гг. размножение транспозонов через их копирование в РНК, их обратную транскрипцию и встраивание с помощью фланкирующих длинных концевых повторов (LTR, см. выше). Автору не известно, обнаружены ли случаи редактирования тех мРНК, которые и соответствуют эволюционно важным генам, и фланкированы LTR. Если их выявили или выявят, то у макромолекулярного неоламаркизма есть или будет почва.
Отчасти можно интерпретировать с позиций неоламаркизма и несколько фактов наследования направленных изменений у бактерий, дрозофил, тлей и лягушек, вызванных различными воздействиями на уровне их фенотипов (см. Чайковский, 2003: с. 177-178, 194-197, 210-211).


7. Есть ли у эволюции общие направления и/или цели?

Следующие информационные характеристики геномов и их компонентов - судя по всем изученным генам и геномам современных организмов - в эволюции постоянно возрастали (Sedov, 2000):
- геномная избыточность (отношение общего количества
       нуклеотидов в геномах к количеству нуклеотидов,
       составляющих в них совокупности генов);
- генная надёжность геномов (доли в них генов, мутации
       в которых не летальны);
- насыщенность генов и геномов регуляторными участками,
       включая мобильные генетические элементы, и разнообразие
       таких участков;
- рецептивность генов к информации, зависящей от более
       целостных контекстов - от геномов per se или от организмов
       в целом (усреднённые доли промоторно- операторных зон,
       5’-NTR и 3’-NTR, приходящихся в среднем на один ген, и
       количества вариантов ответов такого усреднённого гена на
       внешние сигналы, коррелирующие с количествами
       узнаваемых этими его участками регуляторных белков).
Таким образом, ряд магистральных информационных направлений эволюции, которые мы можем считать общими критериями эволюционного прогресса, прослеживается уже на уровне сравнений макромолекулярных текстов - геномов и их компонентов. Они либо характеризуют прогрессивную эволюцию геномов как целостных информационных систем, либо - что более вероятно - являются своеобразными “проекциями” многоуровневых феноменов прогрессивной эволюции на этот нижний уровень. Именно на нем - благодаря исследованиям, осуществлённым за последние неполных три десятилетия - теперь уже стали возможными перечисленные выше количественные оценки.
В фенотипических аспектах, в целом в эволюции организмов возрастало количество структурных уровней и многообразие элементов каждого из них, а у животных - также интегративная роль нервных систем и многообразие их компонентов. Возрастало многообразие и в эволюции надорганизменных систем: это относится к количествам таксономических групп и экологических ниш в палеоценозах (см. Еськов, 2000). Во многих публикациях последних лет общей причиной всех этих процессов возрастания разнообразия на разных структурных уровнях называют “автопоэз”, или “самосборки”, которые рассматривают как свойство, изначально присущее всем системам. Однако различные конкретные механизмы таких процессов на всех названных уровнях, включая и генные, по-видимому, станут предметами будущих исследований.
В целом концепции классической биокибернетики всё более поглощаются более универсальными подходами биосемиотики (См. Главу 8**). Это вполне можно отнести и к концепциям эволюции. Старые проблемы эволюции решаются, но при этом открываются и новые "белые пятна". Автор полагает, что остро назрела необходимость интенсивного сотрудничества генетиков с палеонтологами в теоретико-эволюционных построениях.

ЛИТЕРАТУРА

Воронцов Н.Н. Развитие эволюционных идей в биологии.
Москва, "Прогресс-традиция", 1999.
Еськов К.Ю. История Земли и жизни на ней. Москва, МИРОС,
2000.
Корочкин Л.И.: Биология индивидуального развития.
Москва, Изд-во МГУ, 2002.
Красилов В.А.: Нерешённые проблемы теории эволюции.
Владивосток, ДВНЦ, 1986.
Северцов А.Н. Морфологические закономерности эволюции.
       Москва-Ленинград, Изд-во АН СССР, 1939.
Седов А.Е.: История геносистематики и её применения в
филогенетике. Канд./докт. дисс.. Москва, ИИЕТ РАН,
1994.
Седов А.Е. Идеи Любищева и современные проблемы
систематики и эволюции. // Любищевские чтения.
Ул.Гос.Пед.Ун-т,1999. С.98-102.
Татаринов Л.П.: Очерки по теории эволюции. Москва,
       "Наука", 1987.
Чайковский С.В. Эволюция. Центр системных исследований -
       ИИЕТ РАН, 2003.
Kondrashov A.S. :Evolutionary genetics of life cycles.
//Ann. Rev. Ecol. Syst. 1997. 28: 391-435.
Mushegian A.R., Koonin E.V. A minimal gene set for cellular life
       derived by comparison of complete bacterial genomes. // Proc.
       Nat. Acad. USA. 1996. Vol.93. P.10268-10273.
Sedov A.E.: Genes, cells, and societies: basic similarities among
sign-interpreting systems. / ISI Congress Papers. Nordic-Baltic
Institute for Semiotic and Structural Studies. (Materials of
International Congress (Imatra, Finland)). June 12-21, 2000.
Part II. P. 129-136.
Spurr N., Young B., Bryant S.: ICRF handbook of genome
       analysis. Blackwell Sci., 1999.
The genes we share with yeast, flies, worms, and mice. New clues
to human health and disease. Howard Hughes Medical Institute
Ed., Chevy Chase, Maryland, USA, 2001.



ЧАСТЬ II:
НЕКОТОРЫЕ КОНКРЕТНЫЕ НАПРАВЛЕННЫЕ ИЗМЕНЕНИЯ БИОЛОГИЧЕСКИХ ИНФОРМАЦИОННЫХ СИСТЕМ: ИСТОРИЯ, СОВРЕМЕННОСТЬ И ПЕРСПЕКТИВЫ.

       В первой части этой книги было показано на разнообразных примерах и в различных аспектах, что как все живые организмы, так и представления и знания о них можно рассматривать и как информационные, и как знаковые (семиотические) системы. Мы рассмотрели ряд соответствующих теоретических проблем и подходов. В этой части обсуждается прошлое, настоящее и возможное будущее некоторых конкретных направлений, по которым человек создаёт и преобразует биологические информационные структуры различных структурных уровней. При этом выбраны темы, наиболее волнующие наших современников.

Глава 17.
ИЗМЕНЕНИЯ ВНУТРЕННЕЙ И ОКРУЖАЮЩЕЙ ПРИРОДЫ ЧЕЛОВЕКА:
ПРАКТИКА МЕГАПОЛИСОВ И ЭТИКА ЛИЧНОСТЕЙ.

       Как было неоднократно показано в предыдущих главах, - мы, люди, сами являемся информационными системами. Информацию - получаемую из природы и от собратьев, хранимую в книгах и других памятниках культуры, а также генерируемую в процессах творчества - люди воплощают, как комбинируя природные объекты (примерами чего являются лесное и сельское хозяйство), так и - с течением истории - создавая объекты, всё более и более преобразованные по сравнению с теми исходными природными объектами и материалами, из которых они сделаны. В качестве примеров вспомним изделия из металлов, пластмасс, искусственные строительные материалы, технические, электрические и электронные устройства, а главное - в нашем биологическом контексте - организмы, полученные в результате направленных изменений, от многовековой направленной селекции до современной генной инженерии, создающей трансгенные штаммы микроорганизмов, сорта растений и породы животных.
       Местами как наибольшей концентрации информационных ресурсов человечества, так и наиболее интенсивных и разнообразных информационных взаимодействий людей с окружающей их средой являются города. В данной главе рассмотрены как прямые, так и обратные связи - исторические аспекты взаимодействий развития городов и изменений личностных особенностей людей.
       Сведение проблем городов лишь к инженерно-техническим задачам приводит к многоаспектным кризисам - экосистемным, биомедицинским и культурно-психологическим. Нужны новые междисциплинарные подходы - сочетания биологических знаний и методов (таксономических, экологических, физиологических, медико-статистических) с гуманитарными (историко-культурологическими, психологическими, искусствоведческими). Это уже необходимо даже для массовой средней школы: в её новых предметах ("Москвоведение", "История края" и т.п.) практически отсутствуют биологические аспекты. А ведь города встраивались в ландшафты, изменяли биоценозы; люди использовали и истребляли флору и фауну, питались живыми существами (биогенна вся наша пища, кроме поваренной соли), болели и лечились... Вероятно, и в дальнейших исследованиях городов как целостных систем, и в изучении их взаимодействий с психическими свойствами населяющих их людей окажутся полезными и модели динамической теории информации, и подходы биосемиотики, и этика биоцентризма.
       Именно в городах концентрируются наши информационные ресурсы - знания и технологии: в библиотеках и музеях, мастерских и фабриках, лабораториях, институтах и больницах. Архитектура города - это тоже его информационная составляющая, которую неоднократно сравнивали с текстами: известна метафора “каменная летопись”; в профессиональном разговоре архитекторы обсуждают, насколько “читается” то или иное здание или ансамбль в “контексте” того или иного окружения или ландшафта. Вспомним, что значительная часть романа В.Гюго “Собор Парижской Богоматери” - это философские сопоставления памятников архитектуры с книгами.
       Однако города нередко наносят немалый вред своему окружению - как структурный, так и информационный. Они импортируют биогенные материалы (всю пищу и всё топливо, многие стройматериалы и сырьё), разрывают многие трофические связи, - обычно понижая биоразнообразие внутри и вокруг себя, изменяя и нередко разрушая ландшафты, порой отравляя окружающую их среду. Поэтому города можно рассматривать как своеобразные “полигоны” для экспериментов человека - как над собой, так и над окружающей природой. По данным исследований ЮНЕСКО и ВОЗ, город с населением до 300 тысяч жителей ещё может быть экополисом; миллион жителей - это уже критическая численность, превышение которой нежелательно.
       В популяции со слишком высокой плотностью возникает "эффект группы" - у людей, в отличие от насекомых, более психологический, чем физиологический. Так, на многих исторических примерах можно видеть, что с ростом городов рос не только уровень комфорта горожан, но и уровень жестокости, насилия над телами и душами: формировались социальная стратификация, властные структуры, пенитенциарные системы. Поэтому общества, стремившиеся к равенству и справедливости - общины ессеев, киников, скиты, монастыри, ашрамы - формировались вне городов (обычно теми, кто из городов сознательно уходил) и были малочисленными. В городах развивались морально-физиологические девиации: проституция "духовная" (храмовая) и "рациональная" (коммерческая), "забавы для масс" - ритуальные оргии, гладиаторские бои. (Дюпуи, 1907). В некоторой степени этим актам насилия противостояла медицина: зарождавшаяся анатомия и хирургия (например, Клавдий Гален лечил гладиаторов), фитофармакология и логотерапия в монастырях и т.п.. Но даже медицина городов была гуманной отнюдь не всегда. Акупунктура зарождалась в Китае в 5-3 веках до н.э., используя результаты острых опытов над пленными при дворах императоров. Великий градостроитель Пётр I тоже был отчасти естествоиспытателем: своих подданных он не только оперировал и посмертно вскрывал (приближённых), но и пытал (реальных или подозреваемых врагов). Для будущей Кунсткамеры в Санкт-Петербурге он купил творения голландского анатома Ф.Рюйша - препараты мёртвых детей и уродцев. Попытался он и управлять наследственными свойствами людей: пожелав создать род великанов, он оплачивал прижизненное содержание гиганта по фамилии Буржуа и его брак на женщине, тоже отличавшейся огромным ростом. (Скелет Буржуа экспонируется в Кунсткамере). Вероятно, во взглядах на природу человека Пётр I сознательно или подсознательно был близок к картезианству - основой его "био-творчества" могла быть познавательная модель, предложенная в 17 веке Р.Декартом, согласно которой животные и люди рассматривались как системы механизмов. Уже позже, после смерти Петра I, эти взгляды были означены названием книги Ж.Ламеттри: “Человек - машина.” (1747 г.). Эти взгляды были явно техногенными, а интерес к препарированию человеческих тел развивался именно в урбанистической среде: в экспозиции той же Кунсткамеры показано, что - сколь чудовищным это ни считалось бы сейчас - украшениями западноевропейских городских аристократических салонов той эпохи нередко служили композиции из детских скелетов, декорированных и поставленных в позы живых людей.
       В ХХ в., в век экспериментальной биологии, вслед за ростом мегаполисов были созданы их извращённые подобия - концлагеря. Крупнейший из них, Освенцим, был "градоподобным" - с ортогональной планировкой и раздельными кварталами бараков для представителей разных народов. В нём практиковались массовый геноцид, мучительные и смертельные опыты над людьми: доктор Иозеф Менгеле, садист-естествоиспытатель, исследовал как смерть людей при различных экстремальных воздействиях, и их размножение - он вскрывал беременных женщин, пытался оплодотворять женщин спермой различных животных. (Соответствующие материалы имеются в Музее Холокоста в Иерусалиме).
       О недопустимости познания ценой мучений и умерщвлений писалось издавна, и именно на примерах городских сюжетов: от Торы и Талмуда до "Записок врача" В.Вересаева. Антиурбанистичны лучшие фантастические антиутопии ХХ в. - Г.Уэллса, О.Хаксли, Е.Замятина, К.Бёйе, Р.Бредбери, Ю.Алешковского, А.и Б.Стругацких: сюжеты их притч о возможных ужасах грядущего насилия развиваются в придуманных этими авторами городах будущего.
       Для профилактики подобных злодеяний бурно развивается биомедицинская этика - рациональная дисциплина и практика на стыке биологии, медицины, психологии, истории, этики, логики и юстиции.
       Теперь, в информационном обществе, реальные достижения биологии доступны для широкой популяризации. Однако наблюдается парадокс: синхронно со всё более бурном развитием средств информационного доступа к научным знаниям, в массовом сознании горожан и во многих СМИ усиливается дезинформация: множатся страшные мифы о фантастических угрозах генной инженерии, клеточно-эмбрионального клонирования, нейрофизиологии и зомбирования, о необратимой злонамеренной порче генофонда, о существовании биологических межэтнических барьеров, о некоторых нереальных экологических угрозах (Sedov, 2000). Теперь не только в био-триллерах, но и в популярной прессе, границы между наукой и бредом стёрты куда более, чем в фантастике прошлых десятилетий. Как ни удивительно, эти био-фобии вполне сочетаются с безответственностью по отношению к реальности: гипериндустриализация многих городов и интенсивный рост мегаполисов продолжает разрушать как их природу, так и организмы и нравственные ценности их жителей. Поэтому новые мифы об "убийцах в белых халатах" опасны не только для биологов - знатоков и защитников живого, но и для самих мифотворцев.
       Однако, ощущая биоэтический императив, духовная элита городов всегда и всюду возводила жизнь в культ. О живом - важнейшие сюжеты верований и философских систем (Седов, 1998; см. также главу 1 этой книги). Биоморфны лучшие произведения архитектуры и изобразительных искусств: части храмов и барельефы Вавилона, Египта, Индии и Китая; соборы и церкви; различные химеры в статуях и фресках; творения Югендштиля и отечественного Серебряного Века; здания архитекторов А.Гауди и Дж.Хаббелла. Антитезы им - гиперурбанистичные и антиприродные конструктивизм, экспрессионизм и соцреализм - были предвестниками мировых войн, массового геноцида и экологического произвола, чреватого теперь глобальным экологическим кризисом.
       Чтобы его избежать или преодолеть, достоверную научную информацию как о нормальной природе и разнообразии живого, так и о влияниях на них создаваемой нами среды - городов и техносферы - необходимо в популярном виде передавать следующим поколениям. Уже остро необходимо модернизировать отечественное школьное биологическое образование, ныне дающее нашим детям лишь обрывки знаний уровня 1960-х гг., а также связать его с гуманитарными знаниями и проблемами. В этом контексте крайне огорчительными были некоторые шаги отечественных властей, предпринятые на рубеже тысячелетий: подмена "Госкомприроды" "Госкомресурсами", выразившая их отношение к природе лишь как к ресурсам, и ликвидация экологии из федеральных школьных программ.
       Последствием такого властного отношения к природе стали попытки узаконить массовые вырубки российских лесов, которые ещё могут привести к тяжёлым экологическим последствиям, причём не только в нашей стране: леса - основной источник атмосферного кислорода, а значительная часть лесов планеты находится в России.
       Другая проблема - продолжение развития Москвы как мегаполиса: сокращаются площади зелёных массивов, увеличивается парк автомобилей (оба этих явления уже привели к дефициту кислорода в городе, особенно ощутимому в летнюю жару), нарушается исторический облик многих мест в центре города, идёт массированное строительство высотных домов в местах геодезических разломов. Всё это оказывает как физиологические, так и информационные воздействия на организмы и психику москвичей.

ЛИТЕРАТУРА

Дюпуи Е. Проституция в древности и половые болезни. С.-Пб., 1907.
История биологии. (В 2 т.). Т.1: С древнейших времён до начала ХХ
       в. М., "Наука", 1972.
Кунсткамера в Санкт-Петербурге. (Экспозиция и архив.).
"Курьер ЮНЕСКО" (Ряд публикаций 1986-87 гг.).
Музей Холокоста (Яд-ва-Шем) в Иерусалиме. (Экспозиция и архив).
Седов А.Е. Тексты и формы - в живом и о живом: корни
       современной биологии в памятниках различных культур. //
       Русский исторический вестник. История. Цивилизация. Культура.
       Текст. Международный ежегодник 1998. Москва, Изд-во
       “Московский Лицей”, Изд. группа “Русский Филологический
       Вестник”. C.121-136.
Sedov A.E. New Russian myths concerning genetic research in mass-
       media and in the common mind. //ISI Congress Papers. Nordic-Baltic
       Summer Institute for Semiotic and Structural Studies. Part IV.
       June 12-20. 2000, International Semiotic Institute, Imatra, Finland.
       Ecosemiotics: studies in environmental semiosis, semiotics of the
       biocybernetic bodies, human/too human/post-human. P.137-148.

Глава 15.
НЕКОТОРЫЕ ВЗГЛЯДЫ А.А.ЛЮБИЩЕВА И СОВРЕМЕННЫЕ ПРОБЛЕМЫ СИСТЕМАТИКИ И ЭВОЛЮЦИИ.

       Интересы Александра Александровича Любищева лежали весьма далеко от попыток применения теории информации в биологии. Энтомолог, систематик и логик, он анализировал жизненные формы в те годы, когда биологи почти не располагали эмпирическим материалом для осмысления того, благодаря каким именно процессам эти формы кодируются соответствующими информационными носителями - генами. До сих пор в целом не ясно, достаточно ли генетическое кодирование для морфогенеза: к этим проблемам биология развития лишь подходит в последнее время (см. Корочкин, 2002). Ничего не писал Любищев и о теории информации. Однако сейчас, базируясь именно на некоторых современных знаниях о конкретных носителях генетической информации, можно видеть, что некоторые взгляды Любищева удивительным образом актуальны - и именно в отношении генетических аспектов эволюционных феноменов. Подробно концепции А.А.Любищева и поставленные им проблемы формы, систематики и эволюции организмов изложены в первоисточниках Любищев, 1972; Любищев, 1982). В этой главе мы коснёмся лишь некоторых из них - тех, которые оказались провидческими именно в отношении происходящего в последние годы анализа информационных макромолекул и представлений о многоуровневом характере эволюционных информационных процессов. Здесь мы не только коснёмся собственно взглядов Любищева, но и позволим себе “спроецировать” некоторые следствия из его идей на более поздние, современные проблемы биологической информации.
       А.А.Любищев ушел из жизни в 1972 году. Те методы и области аналитической и экспериментальной биологии, которые за последние четверть века дали эволюционистам и систематикам так много новых фундаментальных знаний о макромолекулярном кодировании и сулят множество новых открытий, тогда еще только зарождались. В последние годы жизни Любищева первые сведения о путях эволюции информационных макромолекул опирались ещё лишь на небогатый материал по гомологиям в первичных структурах немногих белков и нескольких р-РНК и т-РНК. Сравнительная геномика, ДНК-РНК-систематика и молекулярная биология развития организмов делали самые первые шаги: еще не было универсальных методов чтения (секвенирования) отдельных генетических текстов, и анализ геномов базировался лишь на измерениях молекулярно-гибридизационных гомологий между разными фракциями ДНК и РНК, каждая из которых содержала наборы молекул, кодирующие - как стало известно позже благодаря их секвенированию - функционально гетерогенную биологическую информацию. Наиболее загадочными оставались принципы организации, работы и эволюции генетических текстов эукариот.
       А.А.Любищев считал, что "прослеживание линий эволюции - бесполезная работа для систематика" (Любищев, 1982, с.35), что “многообразие организмов не может быть истолковано на эволюционном языке” (из письма А.А.Любищева Л.С.Бергу от 1923 г.; цит. по: Чайковский, 2003, с.141), и потому, словами Ю.В.Чайковского, “систематика не должна быть эволюционной” (там же). На наш взгляд, это мнение опровергают многочисленные результаты ДНК-РНК-систематики самых различных организмов (Седов, 1994). Однако эти же результаты подтверждают правильность другого утверждения Любищева: о том, что древа (дендрограммы) - это формы представлений данных, для биологической систематики не достаточные (см. Любишев, 1972; Любищев, 1982; Чайковский, 2003, с.408-409, 411, 420-424). По мнению Любищева, базирующемуся на изученных им логических принципах систематики объектов самой различной природы, - система организмов может быть матричной, комбинативной, кластерной, коррелятивной. Это подтверждается в последнее время.
       В частности, как ясно теперь, система должна быть представлена более полными графами - например, схемами эволюции полифилетических таксонов. Теперь догма монофилии уже опровергнута - доказано, что полифилетичны систематические группы организмов самых разных таксономических рангов. Так, эукариоты появились вследствие симбиогенеза клеток прокариот: доноров ядра, предков митохондрий и (у растений) пластид; млекопитающие происходят из нескольких групп рептилий; род слива является гибридом тёрна и алычи; вид “домашняя собака” имел трех предков - волка, шакала и томарктуса, и т.п. История концепций и факты эволюционного симгенеза, начиная с работы А.С. Фаминцына и О.В.Баранецкого 1867 г. о лишайниках и до конкретных открытий последнего периода, рассмотрены в монографии (Воронцов, 1999, с. 487-497).
       Отметим, что ситуации как ассоциаций, так и слияний геномов в организмах приводят к построениям весьма нетривиальных филогенетических древ. Ветви их могут срастаться, а одна и та же группа - присутствовать одновременно в нескольких ветвях одного древа: например, митохондрии и пластиды - и в сюжетах эволюции прокариот, приведших к симбиогенному образованию клеток эукариот, и в то же время - как генетические маркеры в ветвях-таксонах разного ранга животных, грибов (митохондрии) и растений (митохондрии и пластиды) (Седов, 1994).
       Другая группа коррелятивно-матричных примеров филогении - это схемы, отображающие события генетических рекомбинаций в эволюции. Так, за последние десятилетия множеством исследований было показано, что многие гены внутри геномов обменивались функциональными доменами. Возражения, что эти события касаются лишь внутриклеточной и внутриорганизменной геномики и потому не имеют отношения к макроэволюции, теперь опровергнуты. Дело в том, что наличие горизонтальных переносов генов между организмами очень далеких таксонов, сведения о которых которые были систематизированы (Хесин, 1984) и оспариваемы в течение последних двух десятилетий, получили массированное подтверждение. В контексте международной исследовательской программы "Геном человека" в National Center of Biotechnological Research (NCBI, Bethesda, Maryland, USA) проводится детальный компьютерный анализ геномов, прочитанных (секвенированных) полностью. (См. в Интернет большой массив соответствующих работ на сайте: www.ncbi.nlm.nih.gov). Уже секвенированы геномы десятков видов прокариот из эволюционно крайне далеких друг от друга групп, а также дрожжей, нематоды Coenorhabditis elegans, риса, дрозофилы, мыши и человека. Различные геномы имеют длины от полумиллиона (у самых простых прокариот) до миллиардов (у многих эукариот, включая человека) нуклеотидов, а различных генов они содержат, соответственно, от 470 (у Micoplasma genitalium) до десятков тысяч. Судя по результатам сравнений всех генов в полностью прочитанных геномах самых различных прокариот, на заре их биологической эволюции происходили множественные переносы разнообразных генных систем между предками очень разных, эволюционно далёких друг от друга групп этих организмов. Таким образом, общее эволюционное древо не имеет единого корня - по крайней мере на уровне прокариот полные генетические программы представителей одних групп представимы в виде комбинаций из генетических программ других. Эти данные целесообразно представлять в виде как сетей (графов), так и таблиц - матриц. Таким образом, вопреки оценкам самого Любищева, предложенные им формы представления данных, не тривиальные для систематики per se, становятся нужными для филогении. В аспекте теории информации это означает, что если эволюционную ветвь рассматривать как информационный канал (как, например, делал И.И.Шмальгаузен), то любой из полифилетических таксонов (включая и симбиогенные) в генетико-эволюционном отношении “многоканален”, и для анализа эволюции необходимо учитывать взаимодействия таких каналов.
       Набирают силу и подходы к генам как к живым объектам (Седов, 2000), что, возможно, позволит рассматривать даже отдельные гены в контексте динамической теории информации (по Д.С.Чернавскому).
       А.А.Любищев неоднократно показывал, что селекционизм (неодарвинизм, СТЭ) далеко не всегда пригоден для анализа фактов эволюции. За последние годы этот скептицизм получил множество эмпирических подтверждений и имеет сторонников среди ведущих отечественных специалистов по генетике и теории эволюции (Воронцов, 1999; Голубовский, 2000; Чайковский, 2003). Как известно, необходимые компоненты концепции, предложенной Ч.Дарвином для объяснения биологической эволюции, - это ненаправленные наследственные вариации (как было показано после Дарвина генетиками, - в основном это мутации) и естественный отбор. Заметим, что в информационно-вычислительной технике сочетания аналогов того и другого используют с середины 20 века - в виде программ, в которых использован "метод проб и ошибок", или "метод Монте-Карло". В обобщённых теоретических моделях микроэволюции популяций живых организмов на основе вычислений того, как могут изменяться распределения частот наследуемых вариантов вследствие отбора, делались попытки использовать формулу К.Шеннона и её производных для вычисления количеств информации (например, в работах И.И.Шмальгаузена, о которых шла речь в главе **). Заметим, что если именно такие эволюционные акты по Дарвину считать основой процессов эволюции, то именно они должны приводить к возрастанию количества информации, понимаемой как по К.Шеннону - как интегральной меры сложности и разнообразия. Однако здесь можно увидеть парадокс: если исходить из определения Г.Кастлера, которое лежит в основе современной динамической теории информации, развиваемой Д.С.Чернавским, то ни роста количества информации, ни информационных процессов здесь нет: хотя имеет место и генерация случайных вариантов, и “запоминание” тех или иных из них, но направленный естественный отбор - это не “изначально случайный выбор”.
 Становится всё более ясным, однако, что в биологической эволюции такой “метод проб и ошибок” необходим, но - вопреки догматическим утверждениям школьных учебников - далеко не достаточен. Среди генетических текстов "классические неодарвинистские" гены имеются: некоторые стохастические мутации в них, сосуществуя в популяции наряду с исходными генами, могут становиться причинами полиморфизма особей, сбалансированного противоположными векторами отбора. (Хрестоматийный пример - серповидноклеточная анемия, при которой такая ситуация вызвана заменой лишь одного конкретного нуклеотида в гене глобина. Она деформирует гемоглобин и эритроциты, вызывая патологию, однако в гетерозиготной форме такой ген полезен, так как спасает эритроциты от заражения их малярийным плазмодием).
       Между тем, различные эксперименты показывал, что “случайные” мутации оказывались направленными. Таковы результаты опытов С.М.Гершензона по мутагенному действию ДНК телят на дрозофил, результаты которых были опубликованы ещё в 1939 г. в “Докладах АН СССР”: “мутировали очень немногие гены и в очень немногих направлениях... зато часто” (Чайковский, 2003, с.177). Таковы “довоенные работы, в которых обсуждалось влияние патологического стресса на мутабильность”, и, наконец, опыты Дж. Кэйрнса 1988 г. на бактериях (см. там же). Этой проблеме Ю.В.Чайковский посвятил несколько страниц своей книги (там же, с. 176-178: “Неслучайность “случайных мутаций”. Что отбирается отбором?”), на которых цитирует А.А.Любищева: “всякое учение об эволюции заключает три момента: изменчивость, наследственность и естественный отбор. Полагают, что признание этих трёх моментов уже означает принятие селектогенеза (дарвинизма - Ю.Ч.). Это совершенно неверно. Всё дело в том, как понимать наследственность и изменчивость”.
О сложных и не всегда понятных аспектах того и другого феноменов в отношении информационных макромолекул - генов и прочих ДНК-текстов - пойдёт речь далее в этой главе.
       Среди генов и прочих участков ДНК есть немало нейтралистских: в них накапливаются именно стохастические, случайные мутации, однако не происходит никакого отбора между мутантными вариантами: либо они размножаются все, либо происходит случайная фиксация - избирательное сохранение и размножение - одного или некоторых из них.
       Заметим, что в рамках теоретико-информационных представлений по Г.Кастлеру и Д.С.Чернавскому, именно такая нейтральная эволюция, в отличие от дарвиновской, является генерацией информации - “запоминанием изначально случайного выбора”. При этом “выбираются” и подлежат размножению либо все мутантные варианты (этот случай, впрочем, можно не считать ни выбором, ни, соответственно, генерацией информации), либо лишь один или некоторые из всех. (что, напротив, точно соответствует названному определению).
       Строго говоря, лишь такие участки соответствуют основному постулату ДНК-РНК-систематики - концепции "молекулярных часов": чем раньше разделились между потомками копии какого-либо участка генома, тем больше между ними накопилось различий. Тогда, вычисляя и сопоставляя различия в изофункциональных генетических текстах, можно строить древа их родства. Но справедливо это лишь для тех текстов, изменения в которых не влияют на жизнеспособность, т.е. не подвержены отбору. Используя меры сходств и базируясь на подмножествах таких нейтралистских участков ДНК, ДНК-РНК-систематики (геносистематики) получили немало проверенных и биологически ценных результатов (Седов, 1994).
       Однако и в отношении “молекулярных часов” многое не понятно. Например, в ДНК хлоропластов (хпДНК) растений появление в эволюции одного инвертированного повтора резко ускорило их стохастическую мутационную дивергенцию. Кроме того, по неизвестным причинам все хпДНК дивергируют на несколько порядков медленнее, чем ДНК митохондрий (мтДНК); поэтому по участкам хпДНК изучают филогению сосудистых растений, а по участкам мтДНК - этногенез человека (т.е. события, соответственно, за сотни миллионов и за сотню тысяч лет).
       Есть в геномах и разнообразные следы коэволюции генов (Родин, 1994). Механизмы их часто не понятны.
       Приведём один пример. Каждый из двух генов пролактинового генного семейства имеет несколько различных экзонов; по каждому из экзонов эти гены почти идентичны, а все их интроны абсолютно не сходны друг с другом; притом все интроны одного - втрое длиннее находящихся в гомологичных местах интронов другого. Не понятно, каков был механизм блочно-модульной перестройки, которая могла так заменить все эти интроны.
       А.А.Любищев ещё в 1945 г. писал: “Неоспоримой заслугой Вейсмана, по-моему, является ... правильный упор на то, что наследственная субстанция гораздо более независима от внешних факторов, чем это было принять думать до него”. (цит. по: Чайковский, 2003, с. 107). Свои представления о соотношении двух эволюционных тенденций - к приспособлению и к прогрессу - “Любищев любил выражать ... афоризмом (автора которого не помнил): “Эволюция подобна фонтану - движение струи вверх направляется внутренним импульсом, а падение воды вниз - приспособлением к обстоятельствам” (там же, с.229). И действительно, - в последние десятилетия в геномах выявляются все новые и новые следы разнообразных автогенетических, в том числе и коэволюционных, событий, по мере эволюционных усложнений организмов делавших логику их эволюционного развития и онтогенетической реализации все менее и менее зависимой как от собственных стохастических изменений (использование которых - тоже важный, но не единственный "модуль" эволюции), так и от непосредственных требований внешней среды.
       В целом, даже рассматривая уровень первичных структур ДНК, можно видеть, что принципов эволюции в геномах - гораздо больше, чем в теориях биологов (ряд примеров - см. Голубовский, 2000). И эти принципы друг друга не исключают, а дополняют. Не выявлено лишь конкретных ламаркистских механизмов - перекодировки фенотипического “опыта” в геномные тексты; однако некоторые авторы постулируют наличие и таких механизмов (например, см. Чайковский, 2003, С.184-188).
       В общем, геномы эволюционируют "плюралистично", а когда и почему могут преобладать те или иные принципы - еще не ясно. Это - не агностицизм, а констатация меры нашего нынешнего незнания.
       Безусловно, полиморфизм особей в популяции - объект для естественного отбора. Но и полиморфизм особей не абсолютно стохастичен, как это представлялось неодарвинистам.
       Причина этого - в том, что, как теперь известно, отбор стохастически получаемых вариантов может происходить на всех структурных уровнях биологических систем. Разнообразны конкурентные отношения вариантов генетических текстов в геномах - это показывают многочисленные работы по эволюции Alu-, SINE-, LINE- и прочих повторов в эволюции позвоночных. В процессах онтогенеза конкурируют клеточные клоны, различающиеся мутациями, рекомбинациями и/или паттернами активации и инактивации тех или иных важных генов. Таким образом отбору подвергаются и мутации по жизненно важным генам (систем репарации, узловых точек метаболизма, регуляции клеточных циклов и межклеточных коммуникаций); отбор в пользу аномальных мутантных клеток - основа канцерогенеза; клонально-селекционные механизмы, включающие точковые мутации и рекомбинации и в ответ на те или иные антигены приводящие к избирательному размножению лимфоцитов с соответствующими им генетическими вариантами антител-иммуноглобулинов - основа иммуногенеза; многие другие онтогенетические феномены пролиферации, выявленные на экспериментальных моделях - аллофенных химерах, соматических мутантах и кроссоверах. Таким образом, сравнительно давние концепции онтогенеза - эквифинальность по Г.Дришу и креоды по К.Уоддингтону, упоминавшиеся и А.А.Любищевым - подтверждаются в последние десятилетия новыми знаниями о генах и клетках. Точечные мутации в генетических текстах экспрессируются далеко не всегда, а если экспрессируются, то, как правило, они летальны, и лишь изредка приводят к ограниченному разнообразию: реализуются лишь те немногие из фенотипов, в которых внутренние корреляции на всех суборганизменных уровнях (пока еще слишком мало изученные) позволяют получить хотя бы в какой-то степени "внутренне согласованных" особей. Это подтверждается, в частности, тем клиническим фактом, что у человека в 30% случаев зачатий эмбрионы резорбируются - происходит их пренатальный отбор.
       С другой стороны, уже ясно, что естественному отбору подвержены и целостные надорганизменные системы - семьи, популяции, сообщества, экосистемы, биоценозы. Данные экологии и палеонтологии свидетельствуют, что эволюция таких систем как целого могла определять облики различных живых существ, их составляющих. Так, например, в эволюции фаун триаса тероморфы замещались завроморфами-архозаврами параллельно среди растительноядных и среди хищников (Dzik, 1997 - см. Еськов, 2000, с.206). Другой пример - параллелизм между “наборами” экологических ниш и внешних обликов, представленных сумчатыми млекопитающими в фауне лесов Австралии и Новой Зеландии, и таковыми в лесах других континентов, представленных плацентарными млекопитающими.
       Таким образом, во-первых, хрестоматийная "неопределённая" наследственная изменчивость особей на самом деле является "не совсем определённой". Её неопределённость - следствие как объективной стохастичности процессов (возникновения точечных мутаций и рекомбинаций - да и то не всех, так как известно, что частоты точечных мутаций в разных участках ДНК различны, а многие рекомбинации детерминированы уже имеющимися свойствами генетических текстов; таковы транспозиции мобильных генетических элементов, блочно-модульные перестройки и т.п.), так и нашего незнания - о том, какие из них, почему и как отвергаются отбором сразу при их возникновении, еще до формирования особей и задолго до того, как они могли бы внести вклад в генофонд популяции.
       Во-вторых, - объектами естественного отбора служат не только особи, но и элементы всех прочих уровней биосистем; их взаимодействия "сверху" и "снизу" (многие из которых можно интерпретировать как естественный отбор), определяют, какими могут и не могут быть макромолекулы, клетки, организмы и их сообщества. И потому, как это ни парадоксально, концепция естественного отбора слаба именно тем, что слишком универсальна и потому не позволяет прогнозировать почти ничего - так же, как схоластические понятия "субстанции и их атрибуты", законы диалектики и прочие архаизмы. Иными словами, - “отбор если и можно считать механизмом, то неконкретным” (Чайковский, 2003, с.211).
       Однако сам по себе естественный отбор приводит к адекватному ответу системы - и этим принципиально отличается от случайного выбора синергетических систем в ситуациях бифуркации. В аспекте динамической теории информации, - остаётся открытым вопрос: какие биосистемы, кроме генома и его частей, иммунной и нервной систем и организма как целого, являются информационными, т.е. способными получать, хранить и генерировать информацию? На каких структурных уровнях биосистем могут наблюдаться внезапные неустойчивые состояния в ответ на плавные изменения параметров, и могут ли оказываться случайными варианты выбора при таких бифуркациях? Если такой выбор изначально случаен, то какие ещё биосистемы могут запоминать его? Для генетических, иммунных и нейральных систем это показано. Могут ли служить для такого запоминания другие системные механизмы (например, состав и конфигурации биоценозов)?
       “Идею целостности настойчиво разъяснял Любищев (Марасов А.Н. Единство целого при свободе частей - метаидея А.А.Любищева //ЛЧ, 1992), но в то время ещё не настал её час. Целостность и ныне понимается медленно и трудно” (Чайковский, 2003, с.325). Однако можно заметить, что в последние годы тенденции к этому пониманию в мировом сообществе биологов проявляются. Многочисленными исследованиями информационных макромолекул (ДНК, РНК, белков) и связанных с ними процессов выявлено немало как фундаментальных интегративных механизмов (примеры - генетический контроль сегментации, его эволюционные гомологии и разнообразие; интегральные модели канцерогенеза), так и разнообразных феноменов “свободы частей” в геномах (см. Голубовский, 2000). Анализ структур и функций геномов и их продуктов как “единства целого” делает первые шаги, что в последние годы нашло отражение в формировании двух новых взаимосвязанных интегративных наук - геномики и протеомики. Интегративные биологические дисциплины, формирующиеся в последние десятилетия и стремящиеся охватывать “единство целого” на более высоких структурных уровнях - это клеточная биология, биология развития, глобальная экология.
       Именно сейчас, когда биологи столь богата эмпирическими знаниями на всех уровнях организации живого и при этом продолжают открывать новые феномены и ставить новые вопросы, можно по достоинству оценить критицизм Любищева в отношении дарвинизма как "единственно верного и всепобеждающего учения". Можно сказать, что Ч.Дарвин и его последователи создали не теорию, а лишь одну из самых логичных концепций эволюции. Некритическое преподавание и усвоение лишь ее - как догмы - остается одним из самых слабых мест нашего школьного образования. Возможно, оно-то и привело к вере в селекционизм как в единственный принцип эволюции и к экстраполяции его на социум, а потому - к упованиям на стохастичность рынка как на единственную панацею от тоталитарного детерминизма, при господстве которого принципы свободной конкуренции отвергали как "вульгарный социальный дарвинизм". По-видимому, и в социальных исследованиях настало время сочетать стохастические модели с изучением конкретных социальных аналогов автогенеза и коэволюции.
       “Больше всего Любищев запомнился как блестящий критик, считавший долгом выискивать и разбивать не слабые (как это обычно), а самые сильные места критикуемых учений” (Чайковский, 2003, с. 164). “Однако очень важна и конструктивная деятельность Любищева. По-моему, его понимание эволюции остаётся самым удачным до сих пор” (там же, с.165). Однако на наш взгляд, целостным эволюционным учением, позволяющим по-своему объяснять эмпирические эволюционные факты, концепции Любищева не являются. Но это никак нельзя назвать их изъяном: очень ценна именно их критическая сторона. Мы видим, что чем более огромными становятся в наши дни эмпирические знания биологов, тем дальше они от "целостного мировоззрения". По-видимому, рациональное зерно "постнеклассической" науки и состоит именно в том, чтобы такие сложные феномены, как жизнь, изучать не с одной позиции, а сочетать несколько таких взаимно дополнительных аспектов, ракурсов и уровней анализа, которые в совокупности позволяют непротиворечиво объяснять и предсказывать результаты наблюдений и экспериментов.
       Эволюция - феномен, связанный с накоплением информации, как бы мы ни интерпретировали этот термин - по К.Шеннону (как меру разнообразия и, отчасти, сложности) или по Г.Кастлеру и Д.С.Чернавскому (как результаты запоминания системами результатов их актов случайного выбора). В творчестве А.А.Любищева удивительно то, что, совершенно не опираясь на представления об информации и теоретико-информационные концепции, он анализировал те некоторые важные аспекты эволюции и систематики организмов, которые выявляются много лет спустя благодаря анализу их конкретных информационных макромолекул - генетических текстов, а также биологических информационных процессов.

ЛИТЕРАТУРА

Воронцов Н.Н. Развитие эволюционных идей в биологии. Москва, УНЦ ДО МГУ, Прогресс-Традиция, АБФ, 1999.
Голубовский М.Д. Век генетики: эволюция идей и понятий. Санкт-Петербург, Борей Арт, 2000.
Еськов К.Ю. История Земли и жизни на ней. Москва, МИРОС, 2000.
Корочкин Л.И. Биология индивидуального развития. Москва, Изд-во
       МГУ, 2002.
Любищев А.А. К логике систематики. // Проблемы эволюции. Т.2.
       Новосибирск, СО АН СССР, 1972. С. 45-68.
Любищев А.А. Проблемы формы, систематики и эволюции
       организмов. Сборник статей. Москва, Наука, 1982.
Родин С.Н. Идея коэволюции. Новосибирск, Наука, 1994.
Седов А.Е. История геносистематики и ее применения в
       филогенетике. Диссертация докт. биол. наук. Москва, ИИЕТ
       РАН, 1994.
Седов А.Е. Метафоры в концепциях генетики: количественный и
       структурный анализ. Вестник РАН, 2000. Т.70, № 6. С.526-
       534.
Хесин Р.Б. Непостоянство генома. Москва, Наука, 1984.
Чайковский Ю.В. Эволюция. Москва, Центр системных исследований - ИИЕТ РАН, 2003.


Глава 16.
СОВРЕМЕННАЯ ГЕНЕТИКА В РЕШЕНИИ КЛЮЧЕВЫХ
ПРОБЛЕМ ЭВОЛЮЦИИ

Со времён Аристотеля до середины ХХ века, а в большинстве разделов системы живых организмов и по сей день, систематика и схемы эволюционных связей базируются на методах и результатах триады дисциплин: сравнительной морфологии, сравнительной эмбриологии и палеонтологии. Все эти дисциплины изучают пространственные структуры - формы организмов и их частей - и их изменения во времени. И, хотя для этих целей создаются и динамические пространственно-временные модели, однако конкретные биологические формы - это именно тот класс объектов, который - по крайней мере до сих пор - практически не поддаётся анализу с позиций каких-либо из теоретико-информационных методов. По крайней мере, среди более чем 3000 публикаций по применению теории информации в биологии, размещённых на одном из главных мировых биологических Веб-сайтов <www.ncbi.nlm.nih.gov>, автору таких ссылок и рефератов найти не удалось.
Между тем, именно сравнительный анализ структур и функций информационных макромолекул (ДНК, РНК и белков), выделенных из разных организмов, дали и продолжают давать биологам множество новых разнообразных возможностей, в том числе и в отношении построений схем эволюции различных групп организмов, а также целостной общей схемы эволюции живых существ Земли (мегаэволюции). Здесь наиболее важны два направления, соответствующие двум первым элементам названной триады: эволюционная история генов и целых геномов, называемая в нашей стране геносистематикой (Седов, 1994), а теперь в заничительной степени - геномикой, и сравнительная генетика развития (последняя становится всё более значимой для эволюционных исследований в последние годы - см. Корочкин, 2002). С третьим элементом триады дело обстоит иначе. Молекулы РНК очень неустойчивы; ДНК и белки тоже в подавляющем большинстве таксонов можно изучать лишь у современных организмов (в терминах палеонтологии - рецентных форм). Из вымерших организмов удалось выделить и изучить лишь единичные образцы ДНК. (Это направление исследований называется ДНК-палеонтологией). Самые древние из сохранившихся фрагментов ДНК, пригодные для сравнительно-эволюционных исследований, найдены в насекомых третичного периода, застывших в янтаре. Глубже этого времени возможности ДНК-палеонтологии в принципе не простираются, и даже на этом временном отрезке её данные гораздо менее полны, чем в “классической” палеонтологической летописи - которая, как известно, тоже весьма неполна. Поэтому результаты “макромолекулярной палеонтологии” получают на современном материале и стремятся проецировать на эволюционную историю. При этом об эволюционном положении многих вымерших таксонов нельзя судить вообще или можно судить лишь по косвенным данным - на основании сравнений ДНК и/или белков тех современных форм, которые родственны им. Разумеется, это - серьёзное ограничение обсуждаемых подходов, и здесь данные “классической” палеонтологии (включающей теперь микроскопические и биохимические исследования) остаются и, вероятно, всегда останутся незаменимыми - не имеющими “параллельных контрольных” подходов с обсуждаемой здесь стороны. Однако сами данные палеонтологии могут служить для проверки тех схем эволюции, которые по генам, геномам и белкам можно строить лишь для рецентных организмов.
Тем не менее, именно сравнительный анализ информационных макромолекул разных организмов привёл в последние годы к переосмыслению и даже пересмотру многих прежних эволюционных представлений. Данная глава посвящена как этому молекулярно-генетическому вкладу в картины и концепции эволюции, так и тем новым проблемам морфологической макроэволюции, где именно молекулярно-генетические данные могут оказаться нужными в дальнейшем.
Современной генетики и, в частности, геносистематики ('DNA/RNA taxonomy’, ’DNA/RNA systematics')’ (Седов, 1994), к сожалению, нет в отечественном образовании - ни в школьном, ни в даже высшем в большинстве тех учебных институтов, в которых преподаются общие курсы естественных наук. Автор надеется, что эта глава хотя бы отчасти сможет компенсировать этот пробел в базовом образовании читателей - как учащихся, так и преподавателей.
Вкратце коснёмся истории - дат создания основных методологий и открытий в области изучения наследственных информационных макромолекул - ДНК.
1969 - начало локализации фрагментов ДНК в хромосомах (молекулярная гибридизация in situ) - выявление избыточности ДНК в геномах эукариот.
1972-74 - начало молекулярного клонирования и создание основ генной инженерии (технологии рекомбинантных ДНК).
1977 - начало секвенирования (чтения) различных клонированных фрагментов ДНК - выявление мозаичности (интронно-экзонной организации) генов эукариот и наличия в их геномах множества разнообразных перемещающихся ДНК-элементов.
1980-81 - зарождение генной биоинформатики: появление всемирных компьютерных банков данных о генах и прочих участках геномов разнообразных организмов.
1987 - начало работы Всемирной программы "Геном человека" (теперь изучающей геномы разнообразных организмов) - прочитаны полные геномы представителей основных современных ветвей эволюции живого на Земле:
       1996 - кишечной палочки и дрожжей,
       1998 (декабрь) - круглого червя Coenorhabditis elegans;
       2000 (апрель) - более 30 видов крайне различных
       прокариот, а также дрозофилы;
       2001-2002 человека (потребуются ещё уточнения);
       в ближайшие годы - растения Arabidopsis, рыбы фугу,
       лягушки Xenopus, мыши, собаки, а затем и других
       организмов.
(Аналогичную, но более детальную хронологию - охватывающую и историю генной инженерии - см. в Главе 20**).
Объекты современной геномики образуют биологические иерархии всех типов: структурные, функциональные, классификационные (см. Главу 10). Несовпадения между последними и схемами филогении, в соответствии с представлениями А.А.Любищева и С.В.Мейена (Чайковский, 2003), тоже перспективны для исследований принципов макро- и мегаэволюции (см. предыдущую главу). Например, этой цели может служить многоуровневая систематика морфогенов - их первичных структур, вариантов размещения и сблоченности в геномах, функциональных взаимодействий. Организацию морфогенов в этих аспектах в последнее время сравнивают в разных ветвях животного мира - у членистоногих и позвоночных (см. Корочкин, 2002).
       Следует подчеркнуть, что сейчас в геномике всё более и более важны выявление и сравнительный анализ in vivo, in vitro и in virtuo (in silica) генов с максимальным семантическим весом - тех, что контролируют ключевые этапы клеточных и жизненных циклов, дифференцировки, иммунитета, морфогенеза, нейрогенеза, психической деятельности, рака, старения (Kondrashov, 1997; Spurr, 1999; Sedov, 2000). Человек - это один из миллионов видов Земли, а потому сведения из геномики важны для понимания как медицинских задач, так и их историко-социальных аналогов (Sedov, 2000).
Достижения и проблемы наук об эволюции жизни во многих аспектах освещались в отечественной литературе последних лет (Красилов, 1986; Татаринов, 1987; Воронцов, 1999, Чайковский, 2003) - однако не в тех аспектах, которые открываются благодаря молекулярно-генетическим знаниям, полученным за последние годы. Приоритетные исследования в этой области происходят за пределами нашей страны - в NCBI, Integrated Genomics и других достойно финансируемых и оборудуемых научных центрах. Некоторые важные аспекты эволюции с молекулярно-генетических позиций последних лет рассмотрены в предыдущей главе, которая отчасти изложена в статье (Седов, 1999). В данной главе сформулирован ряд ключевых вопросов макро- и мегаэволюции - именно тех, которые именно геномные исследования всё более проясняют - при этом, однако, ставя и новые проблемы.

 1. Происхождение и "общий корень" жизни.

       Секвенирование и компьютерные сравнения полных последовательностей ДНК геномов 30 различных прокариот (Mushegian, Koonin, 1996) показали следующее.
(а). Выяснена минимальная теоретически возможная величина генома. Самая элементарная живая клетка, которая могла бы выполнять весь минимум взаимосвязанных необходимых жизненных функций, как можно меньше веществ синтезируя сама - обходясь без соответствующих генов и живя в среде, предельно богатой всеми возможными готовыми питательными веществами (включая биогенные), должна содержать комплект примерно из 250 конкретных изученных генов, т.е. около четверти миллиона нуклеотидов. Даже это - огромная целостная информационная программа, где "из песни слова не выкинешь": утрата любого из этих генов для такой клетки была бы губительна. Близок по величине - около 470 генов - минимальный из всех известных клеточных геномов; его имеет Mycoplasma genitalium - облигатный прокариотический паразит, живущий в гениталиях млекопитающих, именно в очень богатой среде. Однако доклеточные формы “преджизни” - коацерваты и микросферы, предсказанные и полученные в разных научных школах и лабораториях (Опарина, Голдейкра, Миллера, Понамперумы, Фокса и др.), вообще не содержат генетических программ. Значит, эволюция от таких объектов до минимальной клетки - "белое пятно". Его когнитивное теоретическое содержимое - это более сложные концепты преджизни (альтернативные или же взаимодополнительные): “мира РНК”, “мира пептидов” и “мира ансамблей малых молекул на абиогенных матричных структурах”.
(б). Доказано, что древнейшие бактерии из крайне различных групп обменивались сложными системами генов (см. цикл работ этих же авторов, выполненный в 1990-х гг.). Значит, монофилетические схемы эволюции прокариот неверны, так как эта эволюция должна изображаться не древом, а сетью. Соответствующие ориентированные графы показывают пути перемещений целых ансамблей информационных макромолекул - генов (часто физически не сцепленных, т.е. находящихся в разных участках того или иного донорного генома). Таким образом, эволюция прокариот была сетью взаимосвязанных процессов обмена блоками генетической информации и их сочетаниями.

2. Могут ли "срастаться" макроэволюционные древа?

(а). Изложенное в п.1б. отвечает на этот вопрос положительно: древа отдельных таксонов прокариот (в отношении иерархии их рангов - начиная с клонов) были связаны в сети векторами генных переносов.
(б). Сравнения геномов митохондрий, хлоропластов и бактерий доказали, что клетки эукариот симбиогенны; выявлены бактерии - предки органелл, передавшие большую часть своих генов в хромосомы генома ядра. (различные эволюционные аспекты этого - см. Седов, 1994; Kondrashov, 1997; Воронцов, 1999; Седов, 1999; Sedov, 2000).
(в). По крайней мере гены супероксид-дисмутазы передались и от эукариотического организма (глубоководной рыбы со светящимися органами) прокариоту (живущему в этих органах симбионту - светящейся бактерии), и наоборот - от прокариот к эукариотам (нескольким различным растениям) (см. Воронцов, 1999).
(г). Между родами по крайней мере в рамках семейств (у растений - розоцветных, у животных - сурковых и псовых) половым путём происходили слияния и объединения хромосомных комплексов (Воронцов, 1999).
(д). Палеонтологи выявили множество случаев градизма: разные отряды рептилий независимо приобретали сложные морфологические группы признаков млекопитающих, а другие разные их отряды - птиц; аналогично разные древние черви “пытались” стать членистоногими, разные членистоногие - насекомыми, разные голосеменные растения - покрытосеменными. (Об этом свидетельствуют большие циклы исследований и соответствующих публикаций сотрудников ПИН ПАН).
Всегда ли в основании такого макро- и мегатаксона, к которому вело несколько потенциальных филетических ветвей, или даже несколько “входов” лишь из фрагментов генетических программ разных таксонов, оказывался лишь один вид? - Вопрос остаётся открытым. Но, так или иначе, можно констатировать следующее.
1). Градистские феномены - автогенетические и телеономические - в макроэволюции найдены. По-видимому, именно генетикам в сотрудничестве с морфологами предстоит выявить их механизмы. Одним из подходов автору представляются целесообразными исследования сетей морфогенов и их функциональных связей у современных форм.
 2). Догмат о том, что эволюция исключительно монофилетична, опровергнут на нижних структурных уровнях (до разнообразия клеток прокариот включительно) и остаётся сомнительным на верхнем - на уровне организмов.

3. Как и почему филогенетические древа ветвятся?

       Вот лишь несколько свидетельств того, что дарвинистская идея адаптивной радиации в новых экологических нишах недостаточна.
(а). Многие ветвления в филогении млекопитающих и, в частности, приматов чётко коррелируют с появлениями новых длинных эндогенных повторов в ДНК (SINE, LINE, LTR). Есть LTR (long terminal repeats) не только в геномах млекопитающих: им высоко гомологичны LTR ретровирусов, передающихся в широком спектре хозяев. Во всех этих случаях LTR содержат мощные регуляторные участки ДНК: промоторы, операторы, энхансеры, сайленсеры - способные связывать специальные белковые комплексы и/или изменять конформацию больших прилежащих участков ДНК, а этим и работу генов в них. Известно, что ретровирусы могут встраиваться в геном и размножаться в нём посредством обратной транскрипции. Потому, возможно, каждое ретровирусное инфицирование могло породить каскад морфо- и/или нейрогенетических наследуемых событий. Такова картина макроэволюции полуобезьян и приматов: в ней каждая дивергенция отмечена появлением специфического ретровируса лишь в одной из двух ветвей. (Свердлов Е.Д., устное сообщение).
(б). Традиционные морфологические признаки - не всегда удачные маркеры эволюции. Например, многолетние работы молекулярных генетиков - сравнения генов RBC-L у зелёных растений - от прохлорона, хлорелл и харовых водорослей до тысяч видов цветковых - подтвердили правильность морфосистематики; однако есть исключение - важно не количество семядолей, а микрорельеф пыльцы.

4. Как происходит макроэволюция - непрерывно или скачками? Роль генного и геномного автогенеза.
       
Множество примеров из палеонтологии и генетики развития показывает, что важны макромутации и "многообещающие уроды" (по Р.Гольдшмидту). Особенно они существенны для ключевых генов онтогенеза, многие из которых недавно открыты (Kondrashov, 1997; Spurr, 1999; Sedov, 2000; Корочкин, 2002). Надеемся, что дальнейшие их исследования помогут понять причины градистских феноменов, названных выше (см. п.2 (д)).

5. Параллелизмы, конвергенции, преадаптации в ДНК.
       "Диалоги" между структурами и функциями разных структурных уровней.
 
       Параллельно возникали в 3 царствах эукариот гены митоза и мейоза (Kondrashov, 1997), в 2 из них - половые хромосомы (Корочкин, 2002). Гены ориентации основных осей тел, их симметрии и сегментации сходны у многоклеточных животных (включая ещё не сегментированных - губок) и у высших растений. Показано, что они кодируют белки - факторы транскрипции. Очевидно, с возникновением многоклеточности их триггерные функции охватили и регуляцию симметрии при морфогенезе. Интересно, однако, что произошло это у животных и у растений независимо - так как многоклеточные организмы появились в двух этих царствах независимо. Мы можем предположить, что многоклеточность как таковая - не зависимо от всех прочих особенностей организма - каким-то пока не понятным образом переключает работу этих генов в одном направлении - на регуляцию симметрии тел. Механизмы этого переключения ещё предстоит выяснять. Можем мы предложить и другое возможное объяснение - горизонтальные переносы этих генов, уже ставших морфогенетическими, между растениями и животными в протерозое и раннем палеозое. Обе этих версии, однако, выглядят крайне необычно.
       Выявлены субституции функций ДНК: у гена mdr-1 (обсуждение - см. Sedov, 2000, и в Главе 14** этой книги); замена роли экзона на роль промотора у дрозофил (Кондрашов А.С., персональное сообщение); комплексные реорганизации интронов в генном семействе PLA (см.Седов, 1999, и в Главе 15**). Есть и ещё более поразительные примеры. Так, компьютерные сравнения секвенированных геномов показали, что у дрожжей есть ряд генов, в каждом из которых последовательность нуклеотидов чрезвычайно сходна с таковой того или иного гена человека; у человека мутации в одном из них - причины наследственной глухоты, в другом - фамильной сердечной миопатии, в третьем - наследственного не полипозного рака, в четвёртом - болезни Вильсона (нарушения метаболизма меди, приводящего к патологиям печени) в пятом - ксеродермы (рака кожи), и т.п... (“The genes we share...”, 2001). У дрожжей нет ни ушей, ни сердец, ни кишок, ни печени, ни кожи: в “контекстах” их геномов и клеток все эти генетические тексты делают нечто совсем иное, чем в более сложных “контекстах” - в организмах животных (включая человека).
       Таким образом, выявлено множество “преадаптаций” отдельных ДНК-текстов - полных замен их функций при эволюционных изменениях содержащих их “контекстов” - геномов per se и/или систем "геном- фенотип".
 Подобные полные замены функций известны и на другом уровне, морфологам - в частности, в эволюции мозговых структур позвоночных животных (Шульговский В.В., устное сообщение).
Все эти факты в корне изменяют наши представления о принципах эволюции: оказывается, сначала возникают структуры несущие те или иные функции, а потом под них “подбираются” те или иные совершенно новые функции - в том числе посредством их радикальных замен или неочевидных и даже парадоксальных расширений. Всё это - информационные процессы, механизмы которых совершенно не ясны.
       Кроме того, это яркие доказательства необходимости биосемиотического подхода (см. Главу 8**): генетически и морфофизиологически разные системы - геномы и организмы - интерпретируют предельно сходные “знаки” - ДНК-тексты этих генов - в виде совершенно различных фенотипических признаков, присущих именно их “контекстам”.
       Представляется конструктивной следующая задача. Разнообразные “сценарии” взаимодействий между структурами и соответствующих преобразований их функций были классифицированы на основе многочисленных данных сравнительно-функциональной морфологии позвоночных животных (Северцов, 1939). Все их можно представить в виде набора лаконичных ориентированных графов, а затем искать изоморфные им ситуации в геномике и изучать их кибернетические и семиотические основы. Здесь логика морфологов может помочь работе молекулярных генетиков, vice versa, для понимания принципов эволюционных событий.

6. Возможно ли "редактирование" генов геномом и/или фенотипом - направленные адаптивные замены нуклеотидов, а также инсерции, делеции и транслокации?

       Это - вполне неоламаркистский вопрос, обычно вызывающий негативизм эволюционистов. Однако идеи самого Ж.-Б.Ламарка не следует рассматривать с тех же позиций, что и отечественный феномен Т.Д.Лысенко и иже с ним, в котором невежество сочеталось с административно-идеологическим террором,. Так, ламарковская концепция градаций породила гипотезы градизма, о недавних подтверждениях которых сказано выше в этой главе.
       Два звена, необходимые и достаточные для ДНК-редактирования, выявлены экспериментально: первое - это редактирование в мРНК, второе - известное с середины 1980х гг. размножение транспозонов через их копирование в РНК, их обратную транскрипцию и встраивание с помощью фланкирующих длинных концевых повторов (LTR, см. выше). Автору не известно, обнаружены ли случаи редактирования тех мРНК, которые и соответствуют эволюционно важным генам, и фланкированы LTR. Если их выявили или выявят, то у макромолекулярного неоламаркизма есть или будет почва.
Отчасти можно интерпретировать с позиций неоламаркизма и несколько фактов наследования направленных изменений у бактерий, дрозофил, тлей и лягушек, вызванных различными воздействиями на уровне их фенотипов (см. Чайковский, 2003: с. 177-178, 194-197, 210-211).


7. Есть ли у эволюции общие направления и/или цели?

Следующие информационные характеристики геномов и их компонентов - судя по всем изученным генам и геномам современных организмов - в эволюции постоянно возрастали (Sedov, 2000):
- геномная избыточность (отношение общего количества
       нуклеотидов в геномах к количеству нуклеотидов,
       составляющих в них совокупности генов);
- генная надёжность геномов (доли в них генов, мутации
       в которых не летальны);
- насыщенность генов и геномов регуляторными участками,
       включая мобильные генетические элементы, и разнообразие
       таких участков;
- рецептивность генов к информации, зависящей от более
       целостных контекстов - от геномов per se или от организмов
       в целом (усреднённые доли промоторно- операторных зон,
       5’-NTR и 3’-NTR, приходящихся в среднем на один ген, и
       количества вариантов ответов такого усреднённого гена на
       внешние сигналы, коррелирующие с количествами
       узнаваемых этими его участками регуляторных белков).
Таким образом, ряд магистральных информационных направлений эволюции, которые мы можем считать общими критериями эволюционного прогресса, прослеживается уже на уровне сравнений макромолекулярных текстов - геномов и их компонентов. Они либо характеризуют прогрессивную эволюцию геномов как целостных информационных систем, либо - что более вероятно - являются своеобразными “проекциями” многоуровневых феноменов прогрессивной эволюции на этот нижний уровень. Именно на нем - благодаря исследованиям, осуществлённым за последние неполных три десятилетия - теперь уже стали возможными перечисленные выше количественные оценки.
В фенотипических аспектах, в целом в эволюции организмов возрастало количество структурных уровней и многообразие элементов каждого из них, а у животных - также интегративная роль нервных систем и многообразие их компонентов. Возрастало многообразие и в эволюции надорганизменных систем: это относится к количествам таксономических групп и экологических ниш в палеоценозах (см. Еськов, 2000). Во многих публикациях последних лет общей причиной всех этих процессов возрастания разнообразия на разных структурных уровнях называют “автопоэз”, или “самосборки”, которые рассматривают как свойство, изначально присущее всем системам. Однако различные конкретные механизмы таких процессов на всех названных уровнях, включая и генные, по-видимому, станут предметами будущих исследований.
В целом концепции классической биокибернетики всё более поглощаются более универсальными подходами биосемиотики (См. Главу 8**). Это вполне можно отнести и к концепциям эволюции. Старые проблемы эволюции решаются, но при этом открываются и новые "белые пятна". Автор полагает, что остро назрела необходимость интенсивного сотрудничества генетиков с палеонтологами в теоретико-эволюционных построениях.

ЛИТЕРАТУРА

Воронцов Н.Н. Развитие эволюционных идей в биологии.
Москва, "Прогресс-традиция", 1999.
Еськов К.Ю. История Земли и жизни на ней. Москва, МИРОС,
2000.
Корочкин Л.И.: Биология индивидуального развития.
Москва, Изд-во МГУ, 2002.
Красилов В.А.: Нерешённые проблемы теории эволюции.
Владивосток, ДВНЦ, 1986.
Северцов А.Н. Морфологические закономерности эволюции.
       Москва-Ленинград, Изд-во АН СССР, 1939.
Седов А.Е.: История геносистематики и её применения в
филогенетике. Канд./докт. дисс.. Москва, ИИЕТ РАН,
1994.
Седов А.Е. Идеи Любищева и современные проблемы
систематики и эволюции. // Любищевские чтения.
Ул.Гос.Пед.Ун-т,1999. С.98-102.
Татаринов Л.П.: Очерки по теории эволюции. Москва,
       "Наука", 1987.
Чайковский С.В. Эволюция. Центр системных исследований -
       ИИЕТ РАН, 2003.
Kondrashov A.S. :Evolutionary genetics of life cycles.
//Ann. Rev. Ecol. Syst. 1997. 28: 391-435.
Mushegian A.R., Koonin E.V. A minimal gene set for cellular life
       derived by comparison of complete bacterial genomes. // Proc.
       Nat. Acad. USA. 1996. Vol.93. P.10268-10273.
Sedov A.E.: Genes, cells, and societies: basic similarities among
sign-interpreting systems. / ISI Congress Papers. Nordic-Baltic
Institute for Semiotic and Structural Studies. (Materials of
International Congress (Imatra, Finland)). June 12-21, 2000.
Part II. P. 129-136.
Spurr N., Young B., Bryant S.: ICRF handbook of genome
       analysis. Blackwell Sci., 1999.
The genes we share with yeast, flies, worms, and mice. New clues
to human health and disease. Howard Hughes Medical Institute
Ed., Chevy Chase, Maryland, USA, 2001.



ЧАСТЬ II:
НЕКОТОРЫЕ КОНКРЕТНЫЕ НАПРАВЛЕННЫЕ ИЗМЕНЕНИЯ БИОЛОГИЧЕСКИХ ИНФОРМАЦИОННЫХ СИСТЕМ: ИСТОРИЯ, СОВРЕМЕННОСТЬ И ПЕРСПЕКТИВЫ.

       В первой части этой книги было показано на разнообразных примерах и в различных аспектах, что как все живые организмы, так и представления и знания о них можно рассматривать и как информационные, и как знаковые (семиотические) системы. Мы рассмотрели ряд соответствующих теоретических проблем и подходов. В этой части обсуждается прошлое, настоящее и возможное будущее некоторых конкретных направлений, по которым человек создаёт и преобразует биологические информационные структуры различных структурных уровней. При этом выбраны темы, наиболее волнующие наших современников.

Глава 17.
ИЗМЕНЕНИЯ ВНУТРЕННЕЙ И ОКРУЖАЮЩЕЙ ПРИРОДЫ ЧЕЛОВЕКА:
ПРАКТИКА МЕГАПОЛИСОВ И ЭТИКА ЛИЧНОСТЕЙ.

       Как было неоднократно показано в предыдущих главах, - мы, люди, сами являемся информационными системами. Информацию - получаемую из природы и от собратьев, хранимую в книгах и других памятниках культуры, а также генерируемую в процессах творчества - люди воплощают, как комбинируя природные объекты (примерами чего являются лесное и сельское хозяйство), так и - с течением истории - создавая объекты, всё более и более преобразованные по сравнению с теми исходными природными объектами и материалами, из которых они сделаны. В качестве примеров вспомним изделия из металлов, пластмасс, искусственные строительные материалы, технические, электрические и электронные устройства, а главное - в нашем биологическом контексте - организмы, полученные в результате направленных изменений, от многовековой направленной селекции до современной генной инженерии, создающей трансгенные штаммы микроорганизмов, сорта растений и породы животных.
       Местами как наибольшей концентрации информационных ресурсов человечества, так и наиболее интенсивных и разнообразных информационных взаимодействий людей с окружающей их средой являются города. В данной главе рассмотрены как прямые, так и обратные связи - исторические аспекты взаимодействий развития городов и изменений личностных особенностей людей.
       Сведение проблем городов лишь к инженерно-техническим задачам приводит к многоаспектным кризисам - экосистемным, биомедицинским и культурно-психологическим. Нужны новые междисциплинарные подходы - сочетания биологических знаний и методов (таксономических, экологических, физиологических, медико-статистических) с гуманитарными (историко-культурологическими, психологическими, искусствоведческими). Это уже необходимо даже для массовой средней школы: в её новых предметах ("Москвоведение", "История края" и т.п.) практически отсутствуют биологические аспекты. А ведь города встраивались в ландшафты, изменяли биоценозы; люди использовали и истребляли флору и фауну, питались живыми существами (биогенна вся наша пища, кроме поваренной соли), болели и лечились... Вероятно, и в дальнейших исследованиях городов как целостных систем, и в изучении их взаимодействий с психическими свойствами населяющих их людей окажутся полезными и модели динамической теории информации, и подходы биосемиотики, и этика биоцентризма.
       Именно в городах концентрируются наши информационные ресурсы - знания и технологии: в библиотеках и музеях, мастерских и фабриках, лабораториях, институтах и больницах. Архитектура города - это тоже его информационная составляющая, которую неоднократно сравнивали с текстами: известна метафора “каменная летопись”; в профессиональном разговоре архитекторы обсуждают, насколько “читается” то или иное здание или ансамбль в “контексте” того или иного окружения или ландшафта. Вспомним, что значительная часть романа В.Гюго “Собор Парижской Богоматери” - это философские сопоставления памятников архитектуры с книгами.
       Однако города нередко наносят немалый вред своему окружению - как структурный, так и информационный. Они импортируют биогенные материалы (всю пищу и всё топливо, многие стройматериалы и сырьё), разрывают многие трофические связи, - обычно понижая биоразнообразие внутри и вокруг себя, изменяя и нередко разрушая ландшафты, порой отравляя окружающую их среду. Поэтому города можно рассматривать как своеобразные “полигоны” для экспериментов человека - как над собой, так и над окружающей природой. По данным исследований ЮНЕСКО и ВОЗ, город с населением до 300 тысяч жителей ещё может быть экополисом; миллион жителей - это уже критическая численность, превышение которой нежелательно.
       В популяции со слишком высокой плотностью возникает "эффект группы" - у людей, в отличие от насекомых, более психологический, чем физиологический. Так, на многих исторических примерах можно видеть, что с ростом городов рос не только уровень комфорта горожан, но и уровень жестокости, насилия над телами и душами: формировались социальная стратификация, властные структуры, пенитенциарные системы. Поэтому общества, стремившиеся к равенству и справедливости - общины ессеев, киников, скиты, монастыри, ашрамы - формировались вне городов (обычно теми, кто из городов сознательно уходил) и были малочисленными. В городах развивались морально-физиологические девиации: проституция "духовная" (храмовая) и "рациональная" (коммерческая), "забавы для масс" - ритуальные оргии, гладиаторские бои. (Дюпуи, 1907). В некоторой степени этим актам насилия противостояла медицина: зарождавшаяся анатомия и хирургия (например, Клавдий Гален лечил гладиаторов), фитофармакология и логотерапия в монастырях и т.п.. Но даже медицина городов была гуманной отнюдь не всегда. Акупунктура зарождалась в Китае в 5-3 веках до н.э., используя результаты острых опытов над пленными при дворах императоров. Великий градостроитель Пётр I тоже был отчасти естествоиспытателем: своих подданных он не только оперировал и посмертно вскрывал (приближённых), но и пытал (реальных или подозреваемых врагов). Для будущей Кунсткамеры в Санкт-Петербурге он купил творения голландского анатома Ф.Рюйша - препараты мёртвых детей и уродцев. Попытался он и управлять наследственными свойствами людей: пожелав создать род великанов, он оплачивал прижизненное содержание гиганта по фамилии Буржуа и его брак на женщине, тоже отличавшейся огромным ростом. (Скелет Буржуа экспонируется в Кунсткамере). Вероятно, во взглядах на природу человека Пётр I сознательно или подсознательно был близок к картезианству - основой его "био-творчества" могла быть познавательная модель, предложенная в 17 веке Р.Декартом, согласно которой животные и люди рассматривались как системы механизмов. Уже позже, после смерти Петра I, эти взгляды были означены названием книги Ж.Ламеттри: “Человек - машина.” (1747 г.). Эти взгляды были явно техногенными, а интерес к препарированию человеческих тел развивался именно в урбанистической среде: в экспозиции той же Кунсткамеры показано, что - сколь чудовищным это ни считалось бы сейчас - украшениями западноевропейских городских аристократических салонов той эпохи нередко служили композиции из детских скелетов, декорированных и поставленных в позы живых людей.
       В ХХ в., в век экспериментальной биологии, вслед за ростом мегаполисов были созданы их извращённые подобия - концлагеря. Крупнейший из них, Освенцим, был "градоподобным" - с ортогональной планировкой и раздельными кварталами бараков для представителей разных народов. В нём практиковались массовый геноцид, мучительные и смертельные опыты над людьми: доктор Иозеф Менгеле, садист-естествоиспытатель, исследовал как смерть людей при различных экстремальных воздействиях, и их размножение - он вскрывал беременных женщин, пытался оплодотворять женщин спермой различных животных. (Соответствующие материалы имеются в Музее Холокоста в Иерусалиме).
       О недопустимости познания ценой мучений и умерщвлений писалось издавна, и именно на примерах городских сюжетов: от Торы и Талмуда до "Записок врача" В.Вересаева. Антиурбанистичны лучшие фантастические антиутопии ХХ в. - Г.Уэллса, О.Хаксли, Е.Замятина, К.Бёйе, Р.Бредбери, Ю.Алешковского, А.и Б.Стругацких: сюжеты их притч о возможных ужасах грядущего насилия развиваются в придуманных этими авторами городах будущего.
       Для профилактики подобных злодеяний бурно развивается биомедицинская этика - рациональная дисциплина и практика на стыке биологии, медицины, психологии, истории, этики, логики и юстиции.
       Теперь, в информационном обществе, реальные достижения биологии доступны для широкой популяризации. Однако наблюдается парадокс: синхронно со всё более бурном развитием средств информационного доступа к научным знаниям, в массовом сознании горожан и во многих СМИ усиливается дезинформация: множатся страшные мифы о фантастических угрозах генной инженерии, клеточно-эмбрионального клонирования, нейрофизиологии и зомбирования, о необратимой злонамеренной порче генофонда, о существовании биологических межэтнических барьеров, о некоторых нереальных экологических угрозах (Sedov, 2000). Теперь не только в био-триллерах, но и в популярной прессе, границы между наукой и бредом стёрты куда более, чем в фантастике прошлых десятилетий. Как ни удивительно, эти био-фобии вполне сочетаются с безответственностью по отношению к реальности: гипериндустриализация многих городов и интенсивный рост мегаполисов продолжает разрушать как их природу, так и организмы и нравственные ценности их жителей. Поэтому новые мифы об "убийцах в белых халатах" опасны не только для биологов - знатоков и защитников живого, но и для самих мифотворцев.
       Однако, ощущая биоэтический императив, духовная элита городов всегда и всюду возводила жизнь в культ. О живом - важнейшие сюжеты верований и философских систем (Седов, 1998; см. также главу 1 этой книги). Биоморфны лучшие произведения архитектуры и изобразительных искусств: части храмов и барельефы Вавилона, Египта, Индии и Китая; соборы и церкви; различные химеры в статуях и фресках; творения Югендштиля и отечественного Серебряного Века; здания архитекторов А.Гауди и Дж.Хаббелла. Антитезы им - гиперурбанистичные и антиприродные конструктивизм, экспрессионизм и соцреализм - были предвестниками мировых войн, массового геноцида и экологического произвола, чреватого теперь глобальным экологическим кризисом.
       Чтобы его избежать или преодолеть, достоверную научную информацию как о нормальной природе и разнообразии живого, так и о влияниях на них создаваемой нами среды - городов и техносферы - необходимо в популярном виде передавать следующим поколениям. Уже остро необходимо модернизировать отечественное школьное биологическое образование, ныне дающее нашим детям лишь обрывки знаний уровня 1960-х гг., а также связать его с гуманитарными знаниями и проблемами. В этом контексте крайне огорчительными были некоторые шаги отечественных властей, предпринятые на рубеже тысячелетий: подмена "Госкомприроды" "Госкомресурсами", выразившая их отношение к природе лишь как к ресурсам, и ликвидация экологии из федеральных школьных программ.
       Последствием такого властного отношения к природе стали попытки узаконить массовые вырубки российских лесов, которые ещё могут привести к тяжёлым экологическим последствиям, причём не только в нашей стране: леса - основной источник атмосферного кислорода, а значительная часть лесов планеты находится в России.
       Другая проблема - продолжение развития Москвы как мегаполиса: сокращаются площади зелёных массивов, увеличивается парк автомобилей (оба этих явления уже привели к дефициту кислорода в городе, особенно ощутимому в летнюю жару), нарушается исторический облик многих мест в центре города, идёт массированное строительство высотных домов в местах геодезических разломов. Всё это оказывает как физиологические, так и информационные воздействия на организмы и психику москвичей.

ЛИТЕРАТУРА

Дюпуи Е. Проституция в древности и половые болезни. С.-Пб., 1907.
История биологии. (В 2 т.). Т.1: С древнейших времён до начала ХХ
       в. М., "Наука", 1972.
Кунсткамера в Санкт-Петербурге. (Экспозиция и архив.).
"Курьер ЮНЕСКО" (Ряд публикаций 1986-87 гг.).
Музей Холокоста (Яд-ва-Шем) в Иерусалиме. (Экспозиция и архив).
Седов А.Е. Тексты и формы - в живом и о живом: корни
       современной биологии в памятниках различных культур. //
       Русский исторический вестник. История. Цивилизация. Культура.
       Текст. Международный ежегодник 1998. Москва, Изд-во
       “Московский Лицей”, Изд. группа “Русский Филологический
       Вестник”. C.121-136.
Sedov A.E. New Russian myths concerning genetic research in mass-
       media and in the common mind. //ISI Congress Papers. Nordic-Baltic
       Summer Institute for Semiotic and Structural Studies. Part IV.
       June 12-20. 2000, International Semiotic Institute, Imatra, Finland.
       Ecosemiotics: studies in environmental semiosis, semiotics of the
       biocybernetic bodies, human/too human/post-human. P.137-148.

Глава 15.
НЕКОТОРЫЕ ВЗГЛЯДЫ А.А.ЛЮБИЩЕВА И СОВРЕМЕННЫЕ ПРОБЛЕМЫ СИСТЕМАТИКИ И ЭВОЛЮЦИИ.

       Интересы Александра Александровича Любищева лежали весьма далеко от попыток применения теории информации в биологии. Энтомолог, систематик и логик, он анализировал жизненные формы в те годы, когда биологи почти не располагали эмпирическим материалом для осмысления того, благодаря каким именно процессам эти формы кодируются соответствующими информационными носителями - генами. До сих пор в целом не ясно, достаточно ли генетическое кодирование для морфогенеза: к этим проблемам биология развития лишь подходит в последнее время (см. Корочкин, 2002). Ничего не писал Любищев и о теории информации. Однако сейчас, базируясь именно на некоторых современных знаниях о конкретных носителях генетической информации, можно видеть, что некоторые взгляды Любищева удивительным образом актуальны - и именно в отношении генетических аспектов эволюционных феноменов. Подробно концепции А.А.Любищева и поставленные им проблемы формы, систематики и эволюции организмов изложены в первоисточниках Любищев, 1972; Любищев, 1982). В этой главе мы коснёмся лишь некоторых из них - тех, которые оказались провидческими именно в отношении происходящего в последние годы анализа информационных макромолекул и представлений о многоуровневом характере эволюционных информационных процессов. Здесь мы не только коснёмся собственно взглядов Любищева, но и позволим себе “спроецировать” некоторые следствия из его идей на более поздние, современные проблемы биологической информации.
       А.А.Любищев ушел из жизни в 1972 году. Те методы и области аналитической и экспериментальной биологии, которые за последние четверть века дали эволюционистам и систематикам так много новых фундаментальных знаний о макромолекулярном кодировании и сулят множество новых открытий, тогда еще только зарождались. В последние годы жизни Любищева первые сведения о путях эволюции информационных макромолекул опирались ещё лишь на небогатый материал по гомологиям в первичных структурах немногих белков и нескольких р-РНК и т-РНК. Сравнительная геномика, ДНК-РНК-систематика и молекулярная биология развития организмов делали самые первые шаги: еще не было универсальных методов чтения (секвенирования) отдельных генетических текстов, и анализ геномов базировался лишь на измерениях молекулярно-гибридизационных гомологий между разными фракциями ДНК и РНК, каждая из которых содержала наборы молекул, кодирующие - как стало известно позже благодаря их секвенированию - функционально гетерогенную биологическую информацию. Наиболее загадочными оставались принципы организации, работы и эволюции генетических текстов эукариот.
       А.А.Любищев считал, что "прослеживание линий эволюции - бесполезная работа для систематика" (Любищев, 1982, с.35), что “многообразие организмов не может быть истолковано на эволюционном языке” (из письма А.А.Любищева Л.С.Бергу от 1923 г.; цит. по: Чайковский, 2003, с.141), и потому, словами Ю.В.Чайковского, “систематика не должна быть эволюционной” (там же). На наш взгляд, это мнение опровергают многочисленные результаты ДНК-РНК-систематики самых различных организмов (Седов, 1994). Однако эти же результаты подтверждают правильность другого утверждения Любищева: о том, что древа (дендрограммы) - это формы представлений данных, для биологической систематики не достаточные (см. Любишев, 1972; Любищев, 1982; Чайковский, 2003, с.408-409, 411, 420-424). По мнению Любищева, базирующемуся на изученных им логических принципах систематики объектов самой различной природы, - система организмов может быть матричной, комбинативной, кластерной, коррелятивной. Это подтверждается в последнее время.
       В частности, как ясно теперь, система должна быть представлена более полными графами - например, схемами эволюции полифилетических таксонов. Теперь догма монофилии уже опровергнута - доказано, что полифилетичны систематические группы организмов самых разных таксономических рангов. Так, эукариоты появились вследствие симбиогенеза клеток прокариот: доноров ядра, предков митохондрий и (у растений) пластид; млекопитающие происходят из нескольких групп рептилий; род слива является гибридом тёрна и алычи; вид “домашняя собака” имел трех предков - волка, шакала и томарктуса, и т.п. История концепций и факты эволюционного симгенеза, начиная с работы А.С. Фаминцына и О.В.Баранецкого 1867 г. о лишайниках и до конкретных открытий последнего периода, рассмотрены в монографии (Воронцов, 1999, с. 487-497).
       Отметим, что ситуации как ассоциаций, так и слияний геномов в организмах приводят к построениям весьма нетривиальных филогенетических древ. Ветви их могут срастаться, а одна и та же группа - присутствовать одновременно в нескольких ветвях одного древа: например, митохондрии и пластиды - и в сюжетах эволюции прокариот, приведших к симбиогенному образованию клеток эукариот, и в то же время - как генетические маркеры в ветвях-таксонах разного ранга животных, грибов (митохондрии) и растений (митохондрии и пластиды) (Седов, 1994).
       Другая группа коррелятивно-матричных примеров филогении - это схемы, отображающие события генетических рекомбинаций в эволюции. Так, за последние десятилетия множеством исследований было показано, что многие гены внутри геномов обменивались функциональными доменами. Возражения, что эти события касаются лишь внутриклеточной и внутриорганизменной геномики и потому не имеют отношения к макроэволюции, теперь опровергнуты. Дело в том, что наличие горизонтальных переносов генов между организмами очень далеких таксонов, сведения о которых которые были систематизированы (Хесин, 1984) и оспариваемы в течение последних двух десятилетий, получили массированное подтверждение. В контексте международной исследовательской программы "Геном человека" в National Center of Biotechnological Research (NCBI, Bethesda, Maryland, USA) проводится детальный компьютерный анализ геномов, прочитанных (секвенированных) полностью. (См. в Интернет большой массив соответствующих работ на сайте: www.ncbi.nlm.nih.gov). Уже секвенированы геномы десятков видов прокариот из эволюционно крайне далеких друг от друга групп, а также дрожжей, нематоды Coenorhabditis elegans, риса, дрозофилы, мыши и человека. Различные геномы имеют длины от полумиллиона (у самых простых прокариот) до миллиардов (у многих эукариот, включая человека) нуклеотидов, а различных генов они содержат, соответственно, от 470 (у Micoplasma genitalium) до десятков тысяч. Судя по результатам сравнений всех генов в полностью прочитанных геномах самых различных прокариот, на заре их биологической эволюции происходили множественные переносы разнообразных генных систем между предками очень разных, эволюционно далёких друг от друга групп этих организмов. Таким образом, общее эволюционное древо не имеет единого корня - по крайней мере на уровне прокариот полные генетические программы представителей одних групп представимы в виде комбинаций из генетических программ других. Эти данные целесообразно представлять в виде как сетей (графов), так и таблиц - матриц. Таким образом, вопреки оценкам самого Любищева, предложенные им формы представления данных, не тривиальные для систематики per se, становятся нужными для филогении. В аспекте теории информации это означает, что если эволюционную ветвь рассматривать как информационный канал (как, например, делал И.И.Шмальгаузен), то любой из полифилетических таксонов (включая и симбиогенные) в генетико-эволюционном отношении “многоканален”, и для анализа эволюции необходимо учитывать взаимодействия таких каналов.
       Набирают силу и подходы к генам как к живым объектам (Седов, 2000), что, возможно, позволит рассматривать даже отдельные гены в контексте динамической теории информации (по Д.С.Чернавскому).
       А.А.Любищев неоднократно показывал, что селекционизм (неодарвинизм, СТЭ) далеко не всегда пригоден для анализа фактов эволюции. За последние годы этот скептицизм получил множество эмпирических подтверждений и имеет сторонников среди ведущих отечественных специалистов по генетике и теории эволюции (Воронцов, 1999; Голубовский, 2000; Чайковский, 2003). Как известно, необходимые компоненты концепции, предложенной Ч.Дарвином для объяснения биологической эволюции, - это ненаправленные наследственные вариации (как было показано после Дарвина генетиками, - в основном это мутации) и естественный отбор. Заметим, что в информационно-вычислительной технике сочетания аналогов того и другого используют с середины 20 века - в виде программ, в которых использован "метод проб и ошибок", или "метод Монте-Карло". В обобщённых теоретических моделях микроэволюции популяций живых организмов на основе вычислений того, как могут изменяться распределения частот наследуемых вариантов вследствие отбора, делались попытки использовать формулу К.Шеннона и её производных для вычисления количеств информации (например, в работах И.И.Шмальгаузена, о которых шла речь в главе **). Заметим, что если именно такие эволюционные акты по Дарвину считать основой процессов эволюции, то именно они должны приводить к возрастанию количества информации, понимаемой как по К.Шеннону - как интегральной меры сложности и разнообразия. Однако здесь можно увидеть парадокс: если исходить из определения Г.Кастлера, которое лежит в основе современной динамической теории информации, развиваемой Д.С.Чернавским, то ни роста количества информации, ни информационных процессов здесь нет: хотя имеет место и генерация случайных вариантов, и “запоминание” тех или иных из них, но направленный естественный отбор - это не “изначально случайный выбор”.
 Становится всё более ясным, однако, что в биологической эволюции такой “метод проб и ошибок” необходим, но - вопреки догматическим утверждениям школьных учебников - далеко не достаточен. Среди генетических текстов "классические неодарвинистские" гены имеются: некоторые стохастические мутации в них, сосуществуя в популяции наряду с исходными генами, могут становиться причинами полиморфизма особей, сбалансированного противоположными векторами отбора. (Хрестоматийный пример - серповидноклеточная анемия, при которой такая ситуация вызвана заменой лишь одного конкретного нуклеотида в гене глобина. Она деформирует гемоглобин и эритроциты, вызывая патологию, однако в гетерозиготной форме такой ген полезен, так как спасает эритроциты от заражения их малярийным плазмодием).
       Между тем, различные эксперименты показывал, что “случайные” мутации оказывались направленными. Таковы результаты опытов С.М.Гершензона по мутагенному действию ДНК телят на дрозофил, результаты которых были опубликованы ещё в 1939 г. в “Докладах АН СССР”: “мутировали очень немногие гены и в очень немногих направлениях... зато часто” (Чайковский, 2003, с.177). Таковы “довоенные работы, в которых обсуждалось влияние патологического стресса на мутабильность”, и, наконец, опыты Дж. Кэйрнса 1988 г. на бактериях (см. там же). Этой проблеме Ю.В.Чайковский посвятил несколько страниц своей книги (там же, с. 176-178: “Неслучайность “случайных мутаций”. Что отбирается отбором?”), на которых цитирует А.А.Любищева: “всякое учение об эволюции заключает три момента: изменчивость, наследственность и естественный отбор. Полагают, что признание этих трёх моментов уже означает принятие селектогенеза (дарвинизма - Ю.Ч.). Это совершенно неверно. Всё дело в том, как понимать наследственность и изменчивость”.
О сложных и не всегда понятных аспектах того и другого феноменов в отношении информационных макромолекул - генов и прочих ДНК-текстов - пойдёт речь далее в этой главе.
       Среди генов и прочих участков ДНК есть немало нейтралистских: в них накапливаются именно стохастические, случайные мутации, однако не происходит никакого отбора между мутантными вариантами: либо они размножаются все, либо происходит случайная фиксация - избирательное сохранение и размножение - одного или некоторых из них.
       Заметим, что в рамках теоретико-информационных представлений по Г.Кастлеру и Д.С.Чернавскому, именно такая нейтральная эволюция, в отличие от дарвиновской, является генерацией информации - “запоминанием изначально случайного выбора”. При этом “выбираются” и подлежат размножению либо все мутантные варианты (этот случай, впрочем, можно не считать ни выбором, ни, соответственно, генерацией информации), либо лишь один или некоторые из всех. (что, напротив, точно соответствует названному определению).
       Строго говоря, лишь такие участки соответствуют основному постулату ДНК-РНК-систематики - концепции "молекулярных часов": чем раньше разделились между потомками копии какого-либо участка генома, тем больше между ними накопилось различий. Тогда, вычисляя и сопоставляя различия в изофункциональных генетических текстах, можно строить древа их родства. Но справедливо это лишь для тех текстов, изменения в которых не влияют на жизнеспособность, т.е. не подвержены отбору. Используя меры сходств и базируясь на подмножествах таких нейтралистских участков ДНК, ДНК-РНК-систематики (геносистематики) получили немало проверенных и биологически ценных результатов (Седов, 1994).
       Однако и в отношении “молекулярных часов” многое не понятно. Например, в ДНК хлоропластов (хпДНК) растений появление в эволюции одного инвертированного повтора резко ускорило их стохастическую мутационную дивергенцию. Кроме того, по неизвестным причинам все хпДНК дивергируют на несколько порядков медленнее, чем ДНК митохондрий (мтДНК); поэтому по участкам хпДНК изучают филогению сосудистых растений, а по участкам мтДНК - этногенез человека (т.е. события, соответственно, за сотни миллионов и за сотню тысяч лет).
       Есть в геномах и разнообразные следы коэволюции генов (Родин, 1994). Механизмы их часто не понятны.
       Приведём один пример. Каждый из двух генов пролактинового генного семейства имеет несколько различных экзонов; по каждому из экзонов эти гены почти идентичны, а все их интроны абсолютно не сходны друг с другом; притом все интроны одного - втрое длиннее находящихся в гомологичных местах интронов другого. Не понятно, каков был механизм блочно-модульной перестройки, которая могла так заменить все эти интроны.
       А.А.Любищев ещё в 1945 г. писал: “Неоспоримой заслугой Вейсмана, по-моему, является ... правильный упор на то, что наследственная субстанция гораздо более независима от внешних факторов, чем это было принять думать до него”. (цит. по: Чайковский, 2003, с. 107). Свои представления о соотношении двух эволюционных тенденций - к приспособлению и к прогрессу - “Любищев любил выражать ... афоризмом (автора которого не помнил): “Эволюция подобна фонтану - движение струи вверх направляется внутренним импульсом, а падение воды вниз - приспособлением к обстоятельствам” (там же, с.229). И действительно, - в последние десятилетия в геномах выявляются все новые и новые следы разнообразных автогенетических, в том числе и коэволюционных, событий, по мере эволюционных усложнений организмов делавших логику их эволюционного развития и онтогенетической реализации все менее и менее зависимой как от собственных стохастических изменений (использование которых - тоже важный, но не единственный "модуль" эволюции), так и от непосредственных требований внешней среды.
       В целом, даже рассматривая уровень первичных структур ДНК, можно видеть, что принципов эволюции в геномах - гораздо больше, чем в теориях биологов (ряд примеров - см. Голубовский, 2000). И эти принципы друг друга не исключают, а дополняют. Не выявлено лишь конкретных ламаркистских механизмов - перекодировки фенотипического “опыта” в геномные тексты; однако некоторые авторы постулируют наличие и таких механизмов (например, см. Чайковский, 2003, С.184-188).
       В общем, геномы эволюционируют "плюралистично", а когда и почему могут преобладать те или иные принципы - еще не ясно. Это - не агностицизм, а констатация меры нашего нынешнего незнания.
       Безусловно, полиморфизм особей в популяции - объект для естественного отбора. Но и полиморфизм особей не абсолютно стохастичен, как это представлялось неодарвинистам.
       Причина этого - в том, что, как теперь известно, отбор стохастически получаемых вариантов может происходить на всех структурных уровнях биологических систем. Разнообразны конкурентные отношения вариантов генетических текстов в геномах - это показывают многочисленные работы по эволюции Alu-, SINE-, LINE- и прочих повторов в эволюции позвоночных. В процессах онтогенеза конкурируют клеточные клоны, различающиеся мутациями, рекомбинациями и/или паттернами активации и инактивации тех или иных важных генов. Таким образом отбору подвергаются и мутации по жизненно важным генам (систем репарации, узловых точек метаболизма, регуляции клеточных циклов и межклеточных коммуникаций); отбор в пользу аномальных мутантных клеток - основа канцерогенеза; клонально-селекционные механизмы, включающие точковые мутации и рекомбинации и в ответ на те или иные антигены приводящие к избирательному размножению лимфоцитов с соответствующими им генетическими вариантами антител-иммуноглобулинов - основа иммуногенеза; многие другие онтогенетические феномены пролиферации, выявленные на экспериментальных моделях - аллофенных химерах, соматических мутантах и кроссоверах. Таким образом, сравнительно давние концепции онтогенеза - эквифинальность по Г.Дришу и креоды по К.Уоддингтону, упоминавшиеся и А.А.Любищевым - подтверждаются в последние десятилетия новыми знаниями о генах и клетках. Точечные мутации в генетических текстах экспрессируются далеко не всегда, а если экспрессируются, то, как правило, они летальны, и лишь изредка приводят к ограниченному разнообразию: реализуются лишь те немногие из фенотипов, в которых внутренние корреляции на всех суборганизменных уровнях (пока еще слишком мало изученные) позволяют получить хотя бы в какой-то степени "внутренне согласованных" особей. Это подтверждается, в частности, тем клиническим фактом, что у человека в 30% случаев зачатий эмбрионы резорбируются - происходит их пренатальный отбор.
       С другой стороны, уже ясно, что естественному отбору подвержены и целостные надорганизменные системы - семьи, популяции, сообщества, экосистемы, биоценозы. Данные экологии и палеонтологии свидетельствуют, что эволюция таких систем как целого могла определять облики различных живых существ, их составляющих. Так, например, в эволюции фаун триаса тероморфы замещались завроморфами-архозаврами параллельно среди растительноядных и среди хищников (Dzik, 1997 - см. Еськов, 2000, с.206). Другой пример - параллелизм между “наборами” экологических ниш и внешних обликов, представленных сумчатыми млекопитающими в фауне лесов Австралии и Новой Зеландии, и таковыми в лесах других континентов, представленных плацентарными млекопитающими.
       Таким образом, во-первых, хрестоматийная "неопределённая" наследственная изменчивость особей на самом деле является "не совсем определённой". Её неопределённость - следствие как объективной стохастичности процессов (возникновения точечных мутаций и рекомбинаций - да и то не всех, так как известно, что частоты точечных мутаций в разных участках ДНК различны, а многие рекомбинации детерминированы уже имеющимися свойствами генетических текстов; таковы транспозиции мобильных генетических элементов, блочно-модульные перестройки и т.п.), так и нашего незнания - о том, какие из них, почему и как отвергаются отбором сразу при их возникновении, еще до формирования особей и задолго до того, как они могли бы внести вклад в генофонд популяции.
       Во-вторых, - объектами естественного отбора служат не только особи, но и элементы всех прочих уровней биосистем; их взаимодействия "сверху" и "снизу" (многие из которых можно интерпретировать как естественный отбор), определяют, какими могут и не могут быть макромолекулы, клетки, организмы и их сообщества. И потому, как это ни парадоксально, концепция естественного отбора слаба именно тем, что слишком универсальна и потому не позволяет прогнозировать почти ничего - так же, как схоластические понятия "субстанции и их атрибуты", законы диалектики и прочие архаизмы. Иными словами, - “отбор если и можно считать механизмом, то неконкретным” (Чайковский, 2003, с.211).
       Однако сам по себе естественный отбор приводит к адекватному ответу системы - и этим принципиально отличается от случайного выбора синергетических систем в ситуациях бифуркации. В аспекте динамической теории информации, - остаётся открытым вопрос: какие биосистемы, кроме генома и его частей, иммунной и нервной систем и организма как целого, являются информационными, т.е. способными получать, хранить и генерировать информацию? На каких структурных уровнях биосистем могут наблюдаться внезапные неустойчивые состояния в ответ на плавные изменения параметров, и могут ли оказываться случайными варианты выбора при таких бифуркациях? Если такой выбор изначально случаен, то какие ещё биосистемы могут запоминать его? Для генетических, иммунных и нейральных систем это показано. Могут ли служить для такого запоминания другие системные механизмы (например, состав и конфигурации биоценозов)?
       “Идею целостности настойчиво разъяснял Любищев (Марасов А.Н. Единство целого при свободе частей - метаидея А.А.Любищева //ЛЧ, 1992), но в то время ещё не настал её час. Целостность и ныне понимается медленно и трудно” (Чайковский, 2003, с.325). Однако можно заметить, что в последние годы тенденции к этому пониманию в мировом сообществе биологов проявляются. Многочисленными исследованиями информационных макромолекул (ДНК, РНК, белков) и связанных с ними процессов выявлено немало как фундаментальных интегративных механизмов (примеры - генетический контроль сегментации, его эволюционные гомологии и разнообразие; интегральные модели канцерогенеза), так и разнообразных феноменов “свободы частей” в геномах (см. Голубовский, 2000). Анализ структур и функций геномов и их продуктов как “единства целого” делает первые шаги, что в последние годы нашло отражение в формировании двух новых взаимосвязанных интегративных наук - геномики и протеомики. Интегративные биологические дисциплины, формирующиеся в последние десятилетия и стремящиеся охватывать “единство целого” на более высоких структурных уровнях - это клеточная биология, биология развития, глобальная экология.
       Именно сейчас, когда биологи столь богата эмпирическими знаниями на всех уровнях организации живого и при этом продолжают открывать новые феномены и ставить новые вопросы, можно по достоинству оценить критицизм Любищева в отношении дарвинизма как "единственно верного и всепобеждающего учения". Можно сказать, что Ч.Дарвин и его последователи создали не теорию, а лишь одну из самых логичных концепций эволюции. Некритическое преподавание и усвоение лишь ее - как догмы - остается одним из самых слабых мест нашего школьного образования. Возможно, оно-то и привело к вере в селекционизм как в единственный принцип эволюции и к экстраполяции его на социум, а потому - к упованиям на стохастичность рынка как на единственную панацею от тоталитарного детерминизма, при господстве которого принципы свободной конкуренции отвергали как "вульгарный социальный дарвинизм". По-видимому, и в социальных исследованиях настало время сочетать стохастические модели с изучением конкретных социальных аналогов автогенеза и коэволюции.
       “Больше всего Любищев запомнился как блестящий критик, считавший долгом выискивать и разбивать не слабые (как это обычно), а самые сильные места критикуемых учений” (Чайковский, 2003, с. 164). “Однако очень важна и конструктивная деятельность Любищева. По-моему, его понимание эволюции остаётся самым удачным до сих пор” (там же, с.165). Однако на наш взгляд, целостным эволюционным учением, позволяющим по-своему объяснять эмпирические эволюционные факты, концепции Любищева не являются. Но это никак нельзя назвать их изъяном: очень ценна именно их критическая сторона. Мы видим, что чем более огромными становятся в наши дни эмпирические знания биологов, тем дальше они от "целостного мировоззрения". По-видимому, рациональное зерно "постнеклассической" науки и состоит именно в том, чтобы такие сложные феномены, как жизнь, изучать не с одной позиции, а сочетать несколько таких взаимно дополнительных аспектов, ракурсов и уровней анализа, которые в совокупности позволяют непротиворечиво объяснять и предсказывать результаты наблюдений и экспериментов.
       Эволюция - феномен, связанный с накоплением информации, как бы мы ни интерпретировали этот термин - по К.Шеннону (как меру разнообразия и, отчасти, сложности) или по Г.Кастлеру и Д.С.Чернавскому (как результаты запоминания системами результатов их актов случайного выбора). В творчестве А.А.Любищева удивительно то, что, совершенно не опираясь на представления об информации и теоретико-информационные концепции, он анализировал те некоторые важные аспекты эволюции и систематики организмов, которые выявляются много лет спустя благодаря анализу их конкретных информационных макромолекул - генетических текстов, а также биологических информационных процессов.

ЛИТЕРАТУРА

Воронцов Н.Н. Развитие эволюционных идей в биологии. Москва, УНЦ ДО МГУ, Прогресс-Традиция, АБФ, 1999.
Голубовский М.Д. Век генетики: эволюция идей и понятий. Санкт-Петербург, Борей Арт, 2000.
Еськов К.Ю. История Земли и жизни на ней. Москва, МИРОС, 2000.
Корочкин Л.И. Биология индивидуального развития. Москва, Изд-во
       МГУ, 2002.
Любищев А.А. К логике систематики. // Проблемы эволюции. Т.2.
       Новосибирск, СО АН СССР, 1972. С. 45-68.
Любищев А.А. Проблемы формы, систематики и эволюции
       организмов. Сборник статей. Москва, Наука, 1982.
Родин С.Н. Идея коэволюции. Новосибирск, Наука, 1994.
Седов А.Е. История геносистематики и ее применения в
       филогенетике. Диссертация докт. биол. наук. Москва, ИИЕТ
       РАН, 1994.
Седов А.Е. Метафоры в концепциях генетики: количественный и
       структурный анализ. Вестник РАН, 2000. Т.70, № 6. С.526-
       534.
Хесин Р.Б. Непостоянство генома. Москва, Наука, 1984.
Чайковский Ю.В. Эволюция. Москва, Центр системных исследований - ИИЕТ РАН, 2003.


Глава 16.
СОВРЕМЕННАЯ ГЕНЕТИКА В РЕШЕНИИ КЛЮЧЕВЫХ
ПРОБЛЕМ ЭВОЛЮЦИИ

Со времён Аристотеля до середины ХХ века, а в большинстве разделов системы живых организмов и по сей день, систематика и схемы эволюционных связей базируются на методах и результатах триады дисциплин: сравнительной морфологии, сравнительной эмбриологии и палеонтологии. Все эти дисциплины изучают пространственные структуры - формы организмов и их частей - и их изменения во времени. И, хотя для этих целей создаются и динамические пространственно-временные модели, однако конкретные биологические формы - это именно тот класс объектов, который - по крайней мере до сих пор - практически не поддаётся анализу с позиций каких-либо из теоретико-информационных методов. По крайней мере, среди более чем 3000 публикаций по применению теории информации в биологии, размещённых на одном из главных мировых биологических Веб-сайтов <www.ncbi.nlm.nih.gov>, автору таких ссылок и рефератов найти не удалось.
Между тем, именно сравнительный анализ структур и функций информационных макромолекул (ДНК, РНК и белков), выделенных из разных организмов, дали и продолжают давать биологам множество новых разнообразных возможностей, в том числе и в отношении построений схем эволюции различных групп организмов, а также целостной общей схемы эволюции живых существ Земли (мегаэволюции). Здесь наиболее важны два направления, соответствующие двум первым элементам названной триады: эволюционная история генов и целых геномов, называемая в нашей стране геносистематикой (Седов, 1994), а теперь в заничительной степени - геномикой, и сравнительная генетика развития (последняя становится всё более значимой для эволюционных исследований в последние годы - см. Корочкин, 2002). С третьим элементом триады дело обстоит иначе. Молекулы РНК очень неустойчивы; ДНК и белки тоже в подавляющем большинстве таксонов можно изучать лишь у современных организмов (в терминах палеонтологии - рецентных форм). Из вымерших организмов удалось выделить и изучить лишь единичные образцы ДНК. (Это направление исследований называется ДНК-палеонтологией). Самые древние из сохранившихся фрагментов ДНК, пригодные для сравнительно-эволюционных исследований, найдены в насекомых третичного периода, застывших в янтаре. Глубже этого времени возможности ДНК-палеонтологии в принципе не простираются, и даже на этом временном отрезке её данные гораздо менее полны, чем в “классической” палеонтологической летописи - которая, как известно, тоже весьма неполна. Поэтому результаты “макромолекулярной палеонтологии” получают на современном материале и стремятся проецировать на эволюционную историю. При этом об эволюционном положении многих вымерших таксонов нельзя судить вообще или можно судить лишь по косвенным данным - на основании сравнений ДНК и/или белков тех современных форм, которые родственны им. Разумеется, это - серьёзное ограничение обсуждаемых подходов, и здесь данные “классической” палеонтологии (включающей теперь микроскопические и биохимические исследования) остаются и, вероятно, всегда останутся незаменимыми - не имеющими “параллельных контрольных” подходов с обсуждаемой здесь стороны. Однако сами данные палеонтологии могут служить для проверки тех схем эволюции, которые по генам, геномам и белкам можно строить лишь для рецентных организмов.
Тем не менее, именно сравнительный анализ информационных макромолекул разных организмов привёл в последние годы к переосмыслению и даже пересмотру многих прежних эволюционных представлений. Данная глава посвящена как этому молекулярно-генетическому вкладу в картины и концепции эволюции, так и тем новым проблемам морфологической макроэволюции, где именно молекулярно-генетические данные могут оказаться нужными в дальнейшем.
Современной генетики и, в частности, геносистематики ('DNA/RNA taxonomy’, ’DNA/RNA systematics')’ (Седов, 1994), к сожалению, нет в отечественном образовании - ни в школьном, ни в даже высшем в большинстве тех учебных институтов, в которых преподаются общие курсы естественных наук. Автор надеется, что эта глава хотя бы отчасти сможет компенсировать этот пробел в базовом образовании читателей - как учащихся, так и преподавателей.
Вкратце коснёмся истории - дат создания основных методологий и открытий в области изучения наследственных информационных макромолекул - ДНК.
1969 - начало локализации фрагментов ДНК в хромосомах (молекулярная гибридизация in situ) - выявление избыточности ДНК в геномах эукариот.
1972-74 - начало молекулярного клонирования и создание основ генной инженерии (технологии рекомбинантных ДНК).
1977 - начало секвенирования (чтения) различных клонированных фрагментов ДНК - выявление мозаичности (интронно-экзонной организации) генов эукариот и наличия в их геномах множества разнообразных перемещающихся ДНК-элементов.
1980-81 - зарождение генной биоинформатики: появление всемирных компьютерных банков данных о генах и прочих участках геномов разнообразных организмов.
1987 - начало работы Всемирной программы "Геном человека" (теперь изучающей геномы разнообразных организмов) - прочитаны полные геномы представителей основных современных ветвей эволюции живого на Земле:
       1996 - кишечной палочки и дрожжей,
       1998 (декабрь) - круглого червя Coenorhabditis elegans;
       2000 (апрель) - более 30 видов крайне различных
       прокариот, а также дрозофилы;
       2001-2002 человека (потребуются ещё уточнения);
       в ближайшие годы - растения Arabidopsis, рыбы фугу,
       лягушки Xenopus, мыши, собаки, а затем и других
       организмов.
(Аналогичную, но более детальную хронологию - охватывающую и историю генной инженерии - см. в Главе 20**).
Объекты современной геномики образуют биологические иерархии всех типов: структурные, функциональные, классификационные (см. Главу 10). Несовпадения между последними и схемами филогении, в соответствии с представлениями А.А.Любищева и С.В.Мейена (Чайковский, 2003), тоже перспективны для исследований принципов макро- и мегаэволюции (см. предыдущую главу). Например, этой цели может служить многоуровневая систематика морфогенов - их первичных структур, вариантов размещения и сблоченности в геномах, функциональных взаимодействий. Организацию морфогенов в этих аспектах в последнее время сравнивают в разных ветвях животного мира - у членистоногих и позвоночных (см. Корочкин, 2002).
       Следует подчеркнуть, что сейчас в геномике всё более и более важны выявление и сравнительный анализ in vivo, in vitro и in virtuo (in silica) генов с максимальным семантическим весом - тех, что контролируют ключевые этапы клеточных и жизненных циклов, дифференцировки, иммунитета, морфогенеза, нейрогенеза, психической деятельности, рака, старения (Kondrashov, 1997; Spurr, 1999; Sedov, 2000). Человек - это один из миллионов видов Земли, а потому сведения из геномики важны для понимания как медицинских задач, так и их историко-социальных аналогов (Sedov, 2000).
Достижения и проблемы наук об эволюции жизни во многих аспектах освещались в отечественной литературе последних лет (Красилов, 1986; Татаринов, 1987; Воронцов, 1999, Чайковский, 2003) - однако не в тех аспектах, которые открываются благодаря молекулярно-генетическим знаниям, полученным за последние годы. Приоритетные исследования в этой области происходят за пределами нашей страны - в NCBI, Integrated Genomics и других достойно финансируемых и оборудуемых научных центрах. Некоторые важные аспекты эволюции с молекулярно-генетических позиций последних лет рассмотрены в предыдущей главе, которая отчасти изложена в статье (Седов, 1999). В данной главе сформулирован ряд ключевых вопросов макро- и мегаэволюции - именно тех, которые именно геномные исследования всё более проясняют - при этом, однако, ставя и новые проблемы.

 1. Происхождение и "общий корень" жизни.

       Секвенирование и компьютерные сравнения полных последовательностей ДНК геномов 30 различных прокариот (Mushegian, Koonin, 1996) показали следующее.
(а). Выяснена минимальная теоретически возможная величина генома. Самая элементарная живая клетка, которая могла бы выполнять весь минимум взаимосвязанных необходимых жизненных функций, как можно меньше веществ синтезируя сама - обходясь без соответствующих генов и живя в среде, предельно богатой всеми возможными готовыми питательными веществами (включая биогенные), должна содержать комплект примерно из 250 конкретных изученных генов, т.е. около четверти миллиона нуклеотидов. Даже это - огромная целостная информационная программа, где "из песни слова не выкинешь": утрата любого из этих генов для такой клетки была бы губительна. Близок по величине - около 470 генов - минимальный из всех известных клеточных геномов; его имеет Mycoplasma genitalium - облигатный прокариотический паразит, живущий в гениталиях млекопитающих, именно в очень богатой среде. Однако доклеточные формы “преджизни” - коацерваты и микросферы, предсказанные и полученные в разных научных школах и лабораториях (Опарина, Голдейкра, Миллера, Понамперумы, Фокса и др.), вообще не содержат генетических программ. Значит, эволюция от таких объектов до минимальной клетки - "белое пятно". Его когнитивное теоретическое содержимое - это более сложные концепты преджизни (альтернативные или же взаимодополнительные): “мира РНК”, “мира пептидов” и “мира ансамблей малых молекул на абиогенных матричных структурах”.
(б). Доказано, что древнейшие бактерии из крайне различных групп обменивались сложными системами генов (см. цикл работ этих же авторов, выполненный в 1990-х гг.). Значит, монофилетические схемы эволюции прокариот неверны, так как эта эволюция должна изображаться не древом, а сетью. Соответствующие ориентированные графы показывают пути перемещений целых ансамблей информационных макромолекул - генов (часто физически не сцепленных, т.е. находящихся в разных участках того или иного донорного генома). Таким образом, эволюция прокариот была сетью взаимосвязанных процессов обмена блоками генетической информации и их сочетаниями.

2. Могут ли "срастаться" макроэволюционные древа?

(а). Изложенное в п.1б. отвечает на этот вопрос положительно: древа отдельных таксонов прокариот (в отношении иерархии их рангов - начиная с клонов) были связаны в сети векторами генных переносов.
(б). Сравнения геномов митохондрий, хлоропластов и бактерий доказали, что клетки эукариот симбиогенны; выявлены бактерии - предки органелл, передавшие большую часть своих генов в хромосомы генома ядра. (различные эволюционные аспекты этого - см. Седов, 1994; Kondrashov, 1997; Воронцов, 1999; Седов, 1999; Sedov, 2000).
(в). По крайней мере гены супероксид-дисмутазы передались и от эукариотического организма (глубоководной рыбы со светящимися органами) прокариоту (живущему в этих органах симбионту - светящейся бактерии), и наоборот - от прокариот к эукариотам (нескольким различным растениям) (см. Воронцов, 1999).
(г). Между родами по крайней мере в рамках семейств (у растений - розоцветных, у животных - сурковых и псовых) половым путём происходили слияния и объединения хромосомных комплексов (Воронцов, 1999).
(д). Палеонтологи выявили множество случаев градизма: разные отряды рептилий независимо приобретали сложные морфологические группы признаков млекопитающих, а другие разные их отряды - птиц; аналогично разные древние черви “пытались” стать членистоногими, разные членистоногие - насекомыми, разные голосеменные растения - покрытосеменными. (Об этом свидетельствуют большие циклы исследований и соответствующих публикаций сотрудников ПИН ПАН).
Всегда ли в основании такого макро- и мегатаксона, к которому вело несколько потенциальных филетических ветвей, или даже несколько “входов” лишь из фрагментов генетических программ разных таксонов, оказывался лишь один вид? - Вопрос остаётся открытым. Но, так или иначе, можно констатировать следующее.
1). Градистские феномены - автогенетические и телеономические - в макроэволюции найдены. По-видимому, именно генетикам в сотрудничестве с морфологами предстоит выявить их механизмы. Одним из подходов автору представляются целесообразными исследования сетей морфогенов и их функциональных связей у современных форм.
 2). Догмат о том, что эволюция исключительно монофилетична, опровергнут на нижних структурных уровнях (до разнообразия клеток прокариот включительно) и остаётся сомнительным на верхнем - на уровне организмов.

3. Как и почему филогенетические древа ветвятся?

       Вот лишь несколько свидетельств того, что дарвинистская идея адаптивной радиации в новых экологических нишах недостаточна.
(а). Многие ветвления в филогении млекопитающих и, в частности, приматов чётко коррелируют с появлениями новых длинных эндогенных повторов в ДНК (SINE, LINE, LTR). Есть LTR (long terminal repeats) не только в геномах млекопитающих: им высоко гомологичны LTR ретровирусов, передающихся в широком спектре хозяев. Во всех этих случаях LTR содержат мощные регуляторные участки ДНК: промоторы, операторы, энхансеры, сайленсеры - способные связывать специальные белковые комплексы и/или изменять конформацию больших прилежащих участков ДНК, а этим и работу генов в них. Известно, что ретровирусы могут встраиваться в геном и размножаться в нём посредством обратной транскрипции. Потому, возможно, каждое ретровирусное инфицирование могло породить каскад морфо- и/или нейрогенетических наследуемых событий. Такова картина макроэволюции полуобезьян и приматов: в ней каждая дивергенция отмечена появлением специфического ретровируса лишь в одной из двух ветвей. (Свердлов Е.Д., устное сообщение).
(б). Традиционные морфологические признаки - не всегда удачные маркеры эволюции. Например, многолетние работы молекулярных генетиков - сравнения генов RBC-L у зелёных растений - от прохлорона, хлорелл и харовых водорослей до тысяч видов цветковых - подтвердили правильность морфосистематики; однако есть исключение - важно не количество семядолей, а микрорельеф пыльцы.

4. Как происходит макроэволюция - непрерывно или скачками? Роль генного и геномного автогенеза.
       
Множество примеров из палеонтологии и генетики развития показывает, что важны макромутации и "многообещающие уроды" (по Р.Гольдшмидту). Особенно они существенны для ключевых генов онтогенеза, многие из которых недавно открыты (Kondrashov, 1997; Spurr, 1999; Sedov, 2000; Корочкин, 2002). Надеемся, что дальнейшие их исследования помогут понять причины градистских феноменов, названных выше (см. п.2 (д)).

5. Параллелизмы, конвергенции, преадаптации в ДНК.
       "Диалоги" между структурами и функциями разных структурных уровней.
 
       Параллельно возникали в 3 царствах эукариот гены митоза и мейоза (Kondrashov, 1997), в 2 из них - половые хромосомы (Корочкин, 2002). Гены ориентации основных осей тел, их симметрии и сегментации сходны у многоклеточных животных (включая ещё не сегментированных - губок) и у высших растений. Показано, что они кодируют белки - факторы транскрипции. Очевидно, с возникновением многоклеточности их триггерные функции охватили и регуляцию симметрии при морфогенезе. Интересно, однако, что произошло это у животных и у растений независимо - так как многоклеточные организмы появились в двух этих царствах независимо. Мы можем предположить, что многоклеточность как таковая - не зависимо от всех прочих особенностей организма - каким-то пока не понятным образом переключает работу этих генов в одном направлении - на регуляцию симметрии тел. Механизмы этого переключения ещё предстоит выяснять. Можем мы предложить и другое возможное объяснение - горизонтальные переносы этих генов, уже ставших морфогенетическими, между растениями и животными в протерозое и раннем палеозое. Обе этих версии, однако, выглядят крайне необычно.
       Выявлены субституции функций ДНК: у гена mdr-1 (обсуждение - см. Sedov, 2000, и в Главе 14** этой книги); замена роли экзона на роль промотора у дрозофил (Кондрашов А.С., персональное сообщение); комплексные реорганизации интронов в генном семействе PLA (см.Седов, 1999, и в Главе 15**). Есть и ещё более поразительные примеры. Так, компьютерные сравнения секвенированных геномов показали, что у дрожжей есть ряд генов, в каждом из которых последовательность нуклеотидов чрезвычайно сходна с таковой того или иного гена человека; у человека мутации в одном из них - причины наследственной глухоты, в другом - фамильной сердечной миопатии, в третьем - наследственного не полипозного рака, в четвёртом - болезни Вильсона (нарушения метаболизма меди, приводящего к патологиям печени) в пятом - ксеродермы (рака кожи), и т.п... (“The genes we share...”, 2001). У дрожжей нет ни ушей, ни сердец, ни кишок, ни печени, ни кожи: в “контекстах” их геномов и клеток все эти генетические тексты делают нечто совсем иное, чем в более сложных “контекстах” - в организмах животных (включая человека).
       Таким образом, выявлено множество “преадаптаций” отдельных ДНК-текстов - полных замен их функций при эволюционных изменениях содержащих их “контекстов” - геномов per se и/или систем "геном- фенотип".
 Подобные полные замены функций известны и на другом уровне, морфологам - в частности, в эволюции мозговых структур позвоночных животных (Шульговский В.В., устное сообщение).
Все эти факты в корне изменяют наши представления о принципах эволюции: оказывается, сначала возникают структуры несущие те или иные функции, а потом под них “подбираются” те или иные совершенно новые функции - в том числе посредством их радикальных замен или неочевидных и даже парадоксальных расширений. Всё это - информационные процессы, механизмы которых совершенно не ясны.
       Кроме того, это яркие доказательства необходимости биосемиотического подхода (см. Главу 8**): генетически и морфофизиологически разные системы - геномы и организмы - интерпретируют предельно сходные “знаки” - ДНК-тексты этих генов - в виде совершенно различных фенотипических признаков, присущих именно их “контекстам”.
       Представляется конструктивной следующая задача. Разнообразные “сценарии” взаимодействий между структурами и соответствующих преобразований их функций были классифицированы на основе многочисленных данных сравнительно-функциональной морфологии позвоночных животных (Северцов, 1939). Все их можно представить в виде набора лаконичных ориентированных графов, а затем искать изоморфные им ситуации в геномике и изучать их кибернетические и семиотические основы. Здесь логика морфологов может помочь работе молекулярных генетиков, vice versa, для понимания принципов эволюционных событий.

6. Возможно ли "редактирование" генов геномом и/или фенотипом - направленные адаптивные замены нуклеотидов, а также инсерции, делеции и транслокации?

       Это - вполне неоламаркистский вопрос, обычно вызывающий негативизм эволюционистов. Однако идеи самого Ж.-Б.Ламарка не следует рассматривать с тех же позиций, что и отечественный феномен Т.Д.Лысенко и иже с ним, в котором невежество сочеталось с административно-идеологическим террором,. Так, ламарковская концепция градаций породила гипотезы градизма, о недавних подтверждениях которых сказано выше в этой главе.
       Два звена, необходимые и достаточные для ДНК-редактирования, выявлены экспериментально: первое - это редактирование в мРНК, второе - известное с середины 1980х гг. размножение транспозонов через их копирование в РНК, их обратную транскрипцию и встраивание с помощью фланкирующих длинных концевых повторов (LTR, см. выше). Автору не известно, обнаружены ли случаи редактирования тех мРНК, которые и соответствуют эволюционно важным генам, и фланкированы LTR. Если их выявили или выявят, то у макромолекулярного неоламаркизма есть или будет почва.
Отчасти можно интерпретировать с позиций неоламаркизма и несколько фактов наследования направленных изменений у бактерий, дрозофил, тлей и лягушек, вызванных различными воздействиями на уровне их фенотипов (см. Чайковский, 2003: с. 177-178, 194-197, 210-211).


7. Есть ли у эволюции общие направления и/или цели?

Следующие информационные характеристики геномов и их компонентов - судя по всем изученным генам и геномам современных организмов - в эволюции постоянно возрастали (Sedov, 2000):
- геномная избыточность (отношение общего количества
       нуклеотидов в геномах к количеству нуклеотидов,
       составляющих в них совокупности генов);
- генная надёжность геномов (доли в них генов, мутации
       в которых не летальны);
- насыщенность генов и геномов регуляторными участками,
       включая мобильные генетические элементы, и разнообразие
       таких участков;
- рецептивность генов к информации, зависящей от более
       целостных контекстов - от геномов per se или от организмов
       в целом (усреднённые доли промоторно- операторных зон,
       5’-NTR и 3’-NTR, приходящихся в среднем на один ген, и
       количества вариантов ответов такого усреднённого гена на
       внешние сигналы, коррелирующие с количествами
       узнаваемых этими его участками регуляторных белков).
Таким образом, ряд магистральных информационных направлений эволюции, которые мы можем считать общими критериями эволюционного прогресса, прослеживается уже на уровне сравнений макромолекулярных текстов - геномов и их компонентов. Они либо характеризуют прогрессивную эволюцию геномов как целостных информационных систем, либо - что более вероятно - являются своеобразными “проекциями” многоуровневых феноменов прогрессивной эволюции на этот нижний уровень. Именно на нем - благодаря исследованиям, осуществлённым за последние неполных три десятилетия - теперь уже стали возможными перечисленные выше количественные оценки.
В фенотипических аспектах, в целом в эволюции организмов возрастало количество структурных уровней и многообразие элементов каждого из них, а у животных - также интегративная роль нервных систем и многообразие их компонентов. Возрастало многообразие и в эволюции надорганизменных систем: это относится к количествам таксономических групп и экологических ниш в палеоценозах (см. Еськов, 2000). Во многих публикациях последних лет общей причиной всех этих процессов возрастания разнообразия на разных структурных уровнях называют “автопоэз”, или “самосборки”, которые рассматривают как свойство, изначально присущее всем системам. Однако различные конкретные механизмы таких процессов на всех названных уровнях, включая и генные, по-видимому, станут предметами будущих исследований.
В целом концепции классической биокибернетики всё более поглощаются более универсальными подходами биосемиотики (См. Главу 8**). Это вполне можно отнести и к концепциям эволюции. Старые проблемы эволюции решаются, но при этом открываются и новые "белые пятна". Автор полагает, что остро назрела необходимость интенсивного сотрудничества генетиков с палеонтологами в теоретико-эволюционных построениях.

ЛИТЕРАТУРА

Воронцов Н.Н. Развитие эволюционных идей в биологии.
Москва, "Прогресс-традиция", 1999.
Еськов К.Ю. История Земли и жизни на ней. Москва, МИРОС,
2000.
Корочкин Л.И.: Биология индивидуального развития.
Москва, Изд-во МГУ, 2002.
Красилов В.А.: Нерешённые проблемы теории эволюции.
Владивосток, ДВНЦ, 1986.
Северцов А.Н. Морфологические закономерности эволюции.
       Москва-Ленинград, Изд-во АН СССР, 1939.
Седов А.Е.: История геносистематики и её применения в
филогенетике. Канд./докт. дисс.. Москва, ИИЕТ РАН,
1994.
Седов А.Е. Идеи Любищева и современные проблемы
систематики и эволюции. // Любищевские чтения.
Ул.Гос.Пед.Ун-т,1999. С.98-102.
Татаринов Л.П.: Очерки по теории эволюции. Москва,
       "Наука", 1987.
Чайковский С.В. Эволюция. Центр системных исследований -
       ИИЕТ РАН, 2003.
Kondrashov A.S. :Evolutionary genetics of life cycles.
//Ann. Rev. Ecol. Syst. 1997. 28: 391-435.
Mushegian A.R., Koonin E.V. A minimal gene set for cellular life
       derived by comparison of complete bacterial genomes. // Proc.
       Nat. Acad. USA. 1996. Vol.93. P.10268-10273.
Sedov A.E.: Genes, cells, and societies: basic similarities among
sign-interpreting systems. / ISI Congress Papers. Nordic-Baltic
Institute for Semiotic and Structural Studies. (Materials of
International Congress (Imatra, Finland)). June 12-21, 2000.
Part II. P. 129-136.
Spurr N., Young B., Bryant S.: ICRF handbook of genome
       analysis. Blackwell Sci., 1999.
The genes we share with yeast, flies, worms, and mice. New clues
to human health and disease. Howard Hughes Medical Institute
Ed., Chevy Chase, Maryland, USA, 2001.



ЧАСТЬ II:
НЕКОТОРЫЕ КОНКРЕТНЫЕ НАПРАВЛЕННЫЕ ИЗМЕНЕНИЯ БИОЛОГИЧЕСКИХ ИНФОРМАЦИОННЫХ СИСТЕМ: ИСТОРИЯ, СОВРЕМЕННОСТЬ И ПЕРСПЕКТИВЫ.

       В первой части этой книги было показано на разнообразных примерах и в различных аспектах, что как все живые организмы, так и представления и знания о них можно рассматривать и как информационные, и как знаковые (семиотические) системы. Мы рассмотрели ряд соответствующих теоретических проблем и подходов. В этой части обсуждается прошлое, настоящее и возможное будущее некоторых конкретных направлений, по которым человек создаёт и преобразует биологические информационные структуры различных структурных уровней. При этом выбраны темы, наиболее волнующие наших современников.

Глава 17.
ИЗМЕНЕНИЯ ВНУТРЕННЕЙ И ОКРУЖАЮЩЕЙ ПРИРОДЫ ЧЕЛОВЕКА:
ПРАКТИКА МЕГАПОЛИСОВ И ЭТИКА ЛИЧНОСТЕЙ.

       Как было неоднократно показано в предыдущих главах, - мы, люди, сами являемся информационными системами. Информацию - получаемую из природы и от собратьев, хранимую в книгах и других памятниках культуры, а также генерируемую в процессах творчества - люди воплощают, как комбинируя природные объекты (примерами чего являются лесное и сельское хозяйство), так и - с течением истории - создавая объекты, всё более и более преобразованные по сравнению с теми исходными природными объектами и материалами, из которых они сделаны. В качестве примеров вспомним изделия из металлов, пластмасс, искусственные строительные материалы, технические, электрические и электронные устройства, а главное - в нашем биологическом контексте - организмы, полученные в результате направленных изменений, от многовековой направленной селекции до современной генной инженерии, создающей трансгенные штаммы микроорганизмов, сорта растений и породы животных.
       Местами как наибольшей концентрации информационных ресурсов человечества, так и наиболее интенсивных и разнообразных информационных взаимодействий людей с окружающей их средой являются города. В данной главе рассмотрены как прямые, так и обратные связи - исторические аспекты взаимодействий развития городов и изменений личностных особенностей людей.
       Сведение проблем городов лишь к инженерно-техническим задачам приводит к многоаспектным кризисам - экосистемным, биомедицинским и культурно-психологическим. Нужны новые междисциплинарные подходы - сочетания биологических знаний и методов (таксономических, экологических, физиологических, медико-статистических) с гуманитарными (историко-культурологическими, психологическими, искусствоведческими). Это уже необходимо даже для массовой средней школы: в её новых предметах ("Москвоведение", "История края" и т.п.) практически отсутствуют биологические аспекты. А ведь города встраивались в ландшафты, изменяли биоценозы; люди использовали и истребляли флору и фауну, питались живыми существами (биогенна вся наша пища, кроме поваренной соли), болели и лечились... Вероятно, и в дальнейших исследованиях городов как целостных систем, и в изучении их взаимодействий с психическими свойствами населяющих их людей окажутся полезными и модели динамической теории информации, и подходы биосемиотики, и этика биоцентризма.
       Именно в городах концентрируются наши информационные ресурсы - знания и технологии: в библиотеках и музеях, мастерских и фабриках, лабораториях, институтах и больницах. Архитектура города - это тоже его информационная составляющая, которую неоднократно сравнивали с текстами: известна метафора “каменная летопись”; в профессиональном разговоре архитекторы обсуждают, насколько “читается” то или иное здание или ансамбль в “контексте” того или иного окружения или ландшафта. Вспомним, что значительная часть романа В.Гюго “Собор Парижской Богоматери” - это философские сопоставления памятников архитектуры с книгами.
       Однако города нередко наносят немалый вред своему окружению - как структурный, так и информационный. Они импортируют биогенные материалы (всю пищу и всё топливо, многие стройматериалы и сырьё), разрывают многие трофические связи, - обычно понижая биоразнообразие внутри и вокруг себя, изменяя и нередко разрушая ландшафты, порой отравляя окружающую их среду. Поэтому города можно рассматривать как своеобразные “полигоны” для экспериментов человека - как над собой, так и над окружающей природой. По данным исследований ЮНЕСКО и ВОЗ, город с населением до 300 тысяч жителей ещё может быть экополисом; миллион жителей - это уже критическая численность, превышение которой нежелательно.
       В популяции со слишком высокой плотностью возникает "эффект группы" - у людей, в отличие от насекомых, более психологический, чем физиологический. Так, на многих исторических примерах можно видеть, что с ростом городов рос не только уровень комфорта горожан, но и уровень жестокости, насилия над телами и душами: формировались социальная стратификация, властные структуры, пенитенциарные системы. Поэтому общества, стремившиеся к равенству и справедливости - общины ессеев, киников, скиты, монастыри, ашрамы - формировались вне городов (обычно теми, кто из городов сознательно уходил) и были малочисленными. В городах развивались морально-физиологические девиации: проституция "духовная" (храмовая) и "рациональная" (коммерческая), "забавы для масс" - ритуальные оргии, гладиаторские бои. (Дюпуи, 1907). В некоторой степени этим актам насилия противостояла медицина: зарождавшаяся анатомия и хирургия (например, Клавдий Гален лечил гладиаторов), фитофармакология и логотерапия в монастырях и т.п.. Но даже медицина городов была гуманной отнюдь не всегда. Акупунктура зарождалась в Китае в 5-3 веках до н.э., используя результаты острых опытов над пленными при дворах императоров. Великий градостроитель Пётр I тоже был отчасти естествоиспытателем: своих подданных он не только оперировал и посмертно вскрывал (приближённых), но и пытал (реальных или подозреваемых врагов). Для будущей Кунсткамеры в Санкт-Петербурге он купил творения голландского анатома Ф.Рюйша - препараты мёртвых детей и уродцев. Попытался он и управлять наследственными свойствами людей: пожелав создать род великанов, он оплачивал прижизненное содержание гиганта по фамилии Буржуа и его брак на женщине, тоже отличавшейся огромным ростом. (Скелет Буржуа экспонируется в Кунсткамере). Вероятно, во взглядах на природу человека Пётр I сознательно или подсознательно был близок к картезианству - основой его "био-творчества" могла быть познавательная модель, предложенная в 17 веке Р.Декартом, согласно которой животные и люди рассматривались как системы механизмов. Уже позже, после смерти Петра I, эти взгляды были означены названием книги Ж.Ламеттри: “Человек - машина.” (1747 г.). Эти взгляды были явно техногенными, а интерес к препарированию человеческих тел развивался именно в урбанистической среде: в экспозиции той же Кунсткамеры показано, что - сколь чудовищным это ни считалось бы сейчас - украшениями западноевропейских городских аристократических салонов той эпохи нередко служили композиции из детских скелетов, декорированных и поставленных в позы живых людей.
       В ХХ в., в век экспериментальной биологии, вслед за ростом мегаполисов были созданы их извращённые подобия - концлагеря. Крупнейший из них, Освенцим, был "градоподобным" - с ортогональной планировкой и раздельными кварталами бараков для представителей разных народов. В нём практиковались массовый геноцид, мучительные и смертельные опыты над людьми: доктор Иозеф Менгеле, садист-естествоиспытатель, исследовал как смерть людей при различных экстремальных воздействиях, и их размножение - он вскрывал беременных женщин, пытался оплодотворять женщин спермой различных животных. (Соответствующие материалы имеются в Музее Холокоста в Иерусалиме).
       О недопустимости познания ценой мучений и умерщвлений писалось издавна, и именно на примерах городских сюжетов: от Торы и Талмуда до "Записок врача" В.Вересаева. Антиурбанистичны лучшие фантастические антиутопии ХХ в. - Г.Уэллса, О.Хаксли, Е.Замятина, К.Бёйе, Р.Бредбери, Ю.Алешковского, А.и Б.Стругацких: сюжеты их притч о возможных ужасах грядущего насилия развиваются в придуманных этими авторами городах будущего.
       Для профилактики подобных злодеяний бурно развивается биомедицинская этика - рациональная дисциплина и практика на стыке биологии, медицины, психологии, истории, этики, логики и юстиции.
       Теперь, в информационном обществе, реальные достижения биологии доступны для широкой популяризации. Однако наблюдается парадокс: синхронно со всё более бурном развитием средств информационного доступа к научным знаниям, в массовом сознании горожан и во многих СМИ усиливается дезинформация: множатся страшные мифы о фантастических угрозах генной инженерии, клеточно-эмбрионального клонирования, нейрофизиологии и зомбирования, о необратимой злонамеренной порче генофонда, о существовании биологических межэтнических барьеров, о некоторых нереальных экологических угрозах (Sedov, 2000). Теперь не только в био-триллерах, но и в популярной прессе, границы между наукой и бредом стёрты куда более, чем в фантастике прошлых десятилетий. Как ни удивительно, эти био-фобии вполне сочетаются с безответственностью по отношению к реальности: гипериндустриализация многих городов и интенсивный рост мегаполисов продолжает разрушать как их природу, так и организмы и нравственные ценности их жителей. Поэтому новые мифы об "убийцах в белых халатах" опасны не только для биологов - знатоков и защитников живого, но и для самих мифотворцев.
       Однако, ощущая биоэтический императив, духовная элита городов всегда и всюду возводила жизнь в культ. О живом - важнейшие сюжеты верований и философских систем (Седов, 1998; см. также главу 1 этой книги). Биоморфны лучшие произведения архитектуры и изобразительных искусств: части храмов и барельефы Вавилона, Египта, Индии и Китая; соборы и церкви; различные химеры в статуях и фресках; творения Югендштиля и отечественного Серебряного Века; здания архитекторов А.Гауди и Дж.Хаббелла. Антитезы им - гиперурбанистичные и антиприродные конструктивизм, экспрессионизм и соцреализм - были предвестниками мировых войн, массового геноцида и экологического произвола, чреватого теперь глобальным экологическим кризисом.
       Чтобы его избежать или преодолеть, достоверную научную информацию как о нормальной природе и разнообразии живого, так и о влияниях на них создаваемой нами среды - городов и техносферы - необходимо в популярном виде передавать следующим поколениям. Уже остро необходимо модернизировать отечественное школьное биологическое образование, ныне дающее нашим детям лишь обрывки знаний уровня 1960-х гг., а также связать его с гуманитарными знаниями и проблемами. В этом контексте крайне огорчительными были некоторые шаги отечественных властей, предпринятые на рубеже тысячелетий: подмена "Госкомприроды" "Госкомресурсами", выразившая их отношение к природе лишь как к ресурсам, и ликвидация экологии из федеральных школьных программ.
       Последствием такого властного отношения к природе стали попытки узаконить массовые вырубки российских лесов, которые ещё могут привести к тяжёлым экологическим последствиям, причём не только в нашей стране: леса - основной источник атмосферного кислорода, а значительная часть лесов планеты находится в России.
       Другая проблема - продолжение развития Москвы как мегаполиса: сокращаются площади зелёных массивов, увеличивается парк автомобилей (оба этих явления уже привели к дефициту кислорода в городе, особенно ощутимому в летнюю жару), нарушается исторический облик многих мест в центре города, идёт массированное строительство высотных домов в местах геодезических разломов. Всё это оказывает как физиологические, так и информационные воздействия на организмы и психику москвичей.

ЛИТЕРАТУРА

Дюпуи Е. Проституция в древности и половые болезни. С.-Пб., 1907.
История биологии. (В 2 т.). Т.1: С древнейших времён до начала ХХ
       в. М., "Наука", 1972.
Кунсткамера в Санкт-Петербурге. (Экспозиция и архив.).
"Курьер ЮНЕСКО" (Ряд публикаций 1986-87 гг.).
Музей Холокоста (Яд-ва-Шем) в Иерусалиме. (Экспозиция и архив).
Седов А.Е. Тексты и формы - в живом и о живом: корни
       современной биологии в памятниках различных культур. //
       Русский исторический вестник. История. Цивилизация. Культура.
       Текст. Международный ежегодник 1998. Москва, Изд-во
       “Московский Лицей”, Изд. группа “Русский Филологический
       Вестник”. C.121-136.
Sedov A.E. New Russian myths concerning genetic research in mass-
       media and in the common mind. //ISI Congress Papers. Nordic-Baltic
       Summer Institute for Semiotic and Structural Studies. Part IV.
       June 12-20. 2000, International Semiotic Institute, Imatra, Finland.
       Ecosemiotics: studies in environmental semiosis, semiotics of the
       biocybernetic bodies, human/too human/post-human. P.137-148.


Глава 18.

"ТИРАЖИРОВАНИЕ" ЛЮДЕЙ И ЖИВОТНЫХ И ИЗМЕНЕНИЕ ИХ НАСЛЕДСТВЕННОСТИ: ФАКТЫ И МИФЫ. (Заметки о клонировании).

 "- Начнём сначала, - сказал Директор... затем коснулся способа, которым сохраняют жизненность и развивают продуктивность вырезанного яичника... яйцеприёмник погружают в тёплый бульон с плавающими сперматозоидами... оплодотворённые яйца возвращают в инкубаторы... Одно яйцо, один зародыш, одна природная особь - вот схема природного развития. Яйцо же, подвергаемое бокановскизации, даст от восьми до девяноста шести клонов, и каждый разовьётся в полностью оформленный зародыш, а каждый зародыш - во взрослую особь... И мы получаем девяносто шесть человек, где прежде вырастал лишь один... Прогресс!.. Причём это однояйцевые, тождественные близнецы - и не жалкие двойняшки или тройняшки, как в прежние живородящие времена,когда яйцо по чистой случайности изредка делилось, а десятки близнецов... Девяносто шесть тождественных близнецов, работающих на девяноста шести тождественных станках!.. Впервые в истории. "Общность, Одинаковость, Стабильность", - проскандировал он девиз планеты... В данное время у меня работает чудесный яичник. Всего полгода как задействован. А уже более двенадцати тысяч семисот детей..."
       Не правда ли, - страшно? Что же это за текст?
       К счастью, это - научная фантастика. Вы прочитали начало романа-антиутопии "О, дивный новый мир!", опубликованого ещё в 1932 г. и лишь во время "перестройки" изданного на русском языке в России. Написал его известный английский писатель-философ Олдос Хаксли, родственник знаменитых биологов-эволюционистов Томаса Гексли и Джулиана Хаксли. Ещё 70 лет назад, впечатлённый зарождением как социализма и фашизма, так и "общества потребления", Хаксли живописал в этом романе прикладные перспективы исследований великого немецкого эмбриолога Ганса Шпемана (о них пойдёт речь ниже) и нашего соотечественника Ивана Петровича Павлова: фантастическое земное общество будущего, где на заводах "поточно" "тиражируют" и "дрессируют" младенцев-близнецов, создавая для единого государства-человечества стандартных граждан - тупых, бездушных, довольных всем вокруг и приспособленных только для выполнения своей профессиональной работы.
       И вот три года назад люди нашей планеты узнали, что технически возможно "копировать" и "тиражировать" даже взрослое млекопитающее - получать двойников из размноженной клетки, взятой из взрослого организма! Клонированная три года назад и уже ставшая матерью овечка Долли вызывает любопытство и страх. Слово "клонирование", прежде известное лишь биологам-профессионалам, теперь всё чаще мелькает не только в популярных газетах, журналах радио- и телепередачах, но и в фантастической литературе, и в "фильмах ужасов". Человечество испугалось. И при этом большинство обывателей очень смутно представляют себе, о чём же, собственно, идёт речь. Да и журналисты, и фантасты порой грамотностью отнюдь не блещут, запугивая читателей, слушателей и зрителей тем, что в принципе невозможно, так как противоречит открытым и доказанным биологическим законам.
       Так что - давайте-ка разберёмся, что такое клонирование.
       Зачем оно нужно - природе и учёным?
       Что оно сулит и чем грозит?
       
 "История идей" и "суммы технологий".

       Клонированием называются все методы направленного размножения организмов и их генетического материала без оплодотворения - посредством размножения одной клетки.
       Геном - совокупность структур, содержащих генетическую программу развития, той или иной клетки и потому того или иного живого существа - состоит из молекул ДНК. Не существует клеток и, соответственно, организмов без геномов. ДНК - это длинная неразветвлённая цепочка, составленная из 4 видов нуклеотидов - небольших молекул, различные сочетания которых кодируют наследственные свойства организма. Многие участки ДНК кодируют белки - основные рабочие и структурные молекулы клеток. У животных геномы состоят из миллиардов нуклеотидов и содержат десятки тысяч генов.
       В клетке ДНК может удваиваться, и это - основа любого размножения: геномов, клеток, организмов. При делении клеток удваивается вся ДНК, составляющая её геном. Затем клетки делятся. (Особенности полового процесса - формирования половых клеток и оплодотворения - мы здесь рассматривать не будем, так как имено его-то и нет при клонировании). Поэтому при клонировании каждый из потомков - клоны клеток или организмы-клонанты - содержат ту же генетическую программу (тот же геном), что и организм-донор, из которого взята клетка, и потому являются как бы его близнецами, однако "со сдвигом во времени": они значительно моложе донора, так как начинают развиваться с самого начала, из одной клетки, - тогда, когда донор - это уже формирующийся или сформировавшийся организм. Различия между клонами и между ними и донором могут возникать, только если в клонах происходят и проявляются мутации - изменения в тех местах ДНК, которые кодируют белки и проявляются во внешних признаках клетки или организма. Однако в природе мутации происходят очень редко.
       В природе встречаются многие формы бесполого размножения, сходные с клонированием.
Строго говоря, каждый из нас - это клон клеток, развившийся из оплодотворённой яйцеклетки. При этом в клетках разных органов и тканей включены и работают разные гены. Однако каждая клетка, кроме половых, содержит полную генетическую программу. Как об этом узнали? Об этом тоже речь пойдёт ниже.
       А иногда на самых ранних стадиях развития зародыша каждая из его клеток ведёт себя как целая оплодотворённая яйцеклетка - развивается в целый организм. Так получаются однояйцевые близнецы. У них - одинаковые геномы. Каким-то образом это зависит от генов: есть семьи, где близнецы рождаются часто. АВ вот у броненосцев такими близнецами являются все детёныши одного помёта; поэтому в одном помёте все они - либо самки, либо самцы, и тоже генетически одинаковы.
       Однако клонированием называют лишь методы, применяемые человеком.
       У растений любой орган вегетативного размножения - корневище, клубень, луковица, "усик" - вырастает из одной клетки целого растения. Поэтому, когда Вы сажаете картошку или клубнику, Вы почти занимаетесь клонированием. Уже полвека как биологи умеют брать из того или иного растения одну клетку и выращивать из неё так называемую каллусную культуру клеток, а из каждой из этих клеток - новое такое же растение -"близнеца". Этот метод клонирования ценных растений широко применяют в сельском хозяйстве.
       И у многих беспозвоночных животных есть такие формы бесполого размножения, результаты которых подобны клонированию. Клонирование беспозвоночных в лабораториях даёт нам новые знания. Так, круглого червя-нематоду Coenorhabditis elegans (генетическую программу которого к концу 1998 года полностью прочитали биологи) можно клонировать из отдельных клеток его зародыша. Мозг этого червя состоит всего-то из 297 нервных клеток, и каждую из них видно в живом черве сквозь его прозрачную оболочку. Каждая из этих клеток занимает своё место - то, которое предписано генетической программой этого червя. А если потомков-клонантов из клеток зародыша одного червя - генетически идентичных - выращивать в разных условиях, то у каждого из них клетки в мозгу располагаются так же, как у его двойников-клонантов; однако связи между этими нервными клетками формируются по-разному - в зависимости от того или иного "житейского опыта" червя-клонанта. Значит, и в мозгах людей-близнецов - гораздо более сложных, состоящих из сотен миллиардов клеток - связи формируются по-разному. Потому-то личные качества, память и опыт близнецов не совсем одинаковы.
       
       Молекулярное клонирование и генная инженерия: достижения и надежды.

       Понятие "клонирование"определение которому мы дали выше, охватывает генетические структуры самых разных длин. Мы уже знаем, что клонируют целиком ядра клеток, содержащие геномы организмов - их полные генетические программы - получая из них целые многоклеточные организмы.
       А существуют ещё методы молекулярного клонирования - посредством которых отдельные отрезки молекул ДНК вставляют в живые клетки и размножают их вместе с этими клетками. Такие методы развиваются уже 25 лет, и их разработано множество.. Генетики умеют резать ДНК по определённым сочетаниям нуклеотидов, находить среди этих обрезков и выбирать нужные последовательности нуклеотидов, сшивать из них различные новые комбинации и размножать их с помощью живых клеток. Для этого отрезки или новые сшитые комбинации из отрезков ДНК вставляют в различные векторы - структуры, сделанные из особых природных ДНК, способных размножаться в живых клетках самых различных организмов и вместе с этими клетками. Клонируют самые разные участки ДНК - несущие самую разную информацию и выделенные из самых разных организмов. При этом длины клонируемых участков ДНК - лишь от десятков до десятков тысяч нуклеотидов. (Полные же геномы гораздо длиннее: у бактерий - миллионы, а у высших животных - миллиарды нуклеотидов.). Технологии рекомбинантных ДНК - получение новых комбинаций из природных участков ДНК, - вместе с их молекулярным клонированием лежат в основе генной инженерии - конструирования живых клеток и организмов с чужими генами, взятыми из других организмов, и потому - с изменёнными наследственными свойствами. Порой такие комбинации составляют из ДНК совершенно разных организмов. Так, в одной клетке могут размножаться гены бактерий, растений, грибов, насекомых и млекопитающих. При переносе таких ДНК-конструкций из клеток одних организмов в клетки других они работают - "то вместе, то поврозь, а то попеременно", как поётся в песне Б.Окуджавы. Где и почему тот или иной ген может или должен работать - изучают или же планируют сами исследователи. Кроме того, в разных участках, вставленных в векторы, умеют направленно заменять те или иные нуклеотиды: так можно "редактировать" генные тексты - лечить мутации прямо в молекулах ДНК. Следующая задача - возвращать эти исправления в исходные геномы. Об этой задаче - о трансгенозе - мы расскажем ниже.
       Генная инженерия уже очень многое дала пищевой промышленности, сельскому хозяйству и медицине. На специальных заводах выращивают полученные генно-инженерными методами бактерии и дрожжи, производящие различные питательные вещества для домашних животных.
(Порой это весьма вредные производства - особенно при бесхозяйственном выбрасывании их отходов. Однако портят они здоровье, но не наследственность окружающих жителей.). Теперь генетики даже умеют так встраивать в хромосомы некоторых видов животных и растений новые конструкции из ДНК, содержащие гены других организмов (иногда - эволюционно очень далёких от них), что при их размножении вводимые генные системы передаются потомкам. Этот приём называется трансгенозом. Очень удобны для трансгеноза упомянутые выше каллусные культуры растений. Например, - трансгенная соя (улучшенная методами трансгеноза) уже составляет 65% всей сои, выращиваемой на полях нашей планеты. В целом на Земле площади, на которых выращивают трансгенные культурные растения десятков видов, уже превышают площадь всех Британских островов. За 25 лет своего существования генная инженерия многое дала и медицине: уже вовсю применяют сотни различных белковых лекарственных препаратов, которые производят гены в генно-инженерных системах, составленных из разных векторов и подобранных для них клеток-хозяев. Из них назовём лишь человеческие генные продукты: интерферон, очень хорошо помогающий на ранних стадиях гриппа и прочих вирусных инфекций, и гормон роста - лекарство от карликовости.
       А медики мечтают о трансгенозе здоровых генов человека в больные клетки. Ведь из 10000 известных болезней человека наследственные болезни составляют около 3000 - целых 30% ! Генетики-медики уже умеют обнаруживать более 200 из них - причём в клетках не только взрослого человека, но и даже раннего зародыша, развивающегося в теле матери. Дело в том, что и в матке, и в крови матери плавают клетки плода. Если какой-либо из родителей имеет тяжёлую наследственную болезнь и есть подозрение, что она передалась зародышу, то можно проводить её дородовую, или пренатальную диагностику: без вреда для плода и матери и совершенно безболезненно у беременной берут олоплодную жидкость из матки (эта процедура называется амниоцентез) или даже кровь из пальца и исследуют генетические и биохимические особенности клеток плода. Если болезнь чудовищна и безысходна (а есть и такие!) и её ген всё же передался зародышу, то лучше с этим зародышем распрощаться пораньше и попытаться создать другого ребёнка.
       А, вынимая генетически больные клетки из взрослого больного, их можно вылечить трансгенозом - заменив больной ген на такой же здоровый - а затем вернуть исцелённые клетки в больной орган и поддерживать их рост. Этот подход называют генотерапией. При этом клетки идеально приживаются - ведь все системы клеточной совместимости и иммунитета у них - "свои, родные". Всё это - уже отнюдь не только мечты: к настоящему времени в мире произведено свыше 200 таких удачных операций, исцеливших различные генетические болезни. Такая соматическая генотерапия не затрагивает половых клеток - генетически здоровой становится лишь часть тела больного, а свои больные гены он может передать потомкам.
       Генотерапия половых клеток человека ещё более соблазнительна: потомки окажутся здоровыми, и в обществе исчезнут больные гены. Однако здесь есть "подводные камни". Мы ещё слишком мало знаем о взаимодействиях наших генов в наших организмах, и потому - не вправе "редактировать" наследственность, передаваемую нашим грядущим поколениям. А вдруг мы лишим их каких-либо важных качеств, биологических основ которых сами ещё не знаем?
       К 1977 г. были разработаны методы чтения ДНК, позволяющие изучать структуры и смыслы любых клонируемых генетических текстов. С тех пор поток знаний о них растёт как лавина. В частности, за эти годы прочитаны геномы 30 видов различных бактерий, а также дрожжей, червя Coenorhabditis (о нём мы уже говорили выше), и любимого объекта генетиков - мухи дрозофилы. На очереди - геномы представителей разных групп организмов: растения арабидопсис, рыбы фугу, ляушки ксенопус, мыши и собаки. Очень скоро биологи прочитают весь геном человека. И тогда предстоит огромная работа по анализу и осмыслению того, как же взаимодействуют эти десятки тысяч генов и другие участки ДНК наших геномов - во всём многообразии человеческих индивидов, семей, народов и рас. А пока опыты по направленному изменению наследственной природы человека - генетические воздействия на человеческие сперматозоиды и яйцеклетки в сочетании с искусственным оплодотворением - строжайше запрещены национальными и международными биологическими и юридическими организациями.
 А на лабораторных организмах - дрозофиле, ксенопусе, мыши - в последние годы некоторые блоки генов научились рекомбинировать и клонировать сразу во всех структурных масштабах - сочетая генную инженерию, молекулярное клонирование, трансгеноз, а затем - клонирование клеток и клонирование эмбрионов из каждой из них. Иначе говоря, - при этом делают рекомбинантные ДНК-конструкции, затем клонируют их и встраивают в геномы ядер клеток высших организмов; затем такими ядрами заменяют собственные ядра клеток - в культурах или/и в оплодотворённых яйцеклетках - а из них клонируют эмбрионов и взрослых особей.
       И вот здесь-то - и даже в клонировании целого организма с использованием его естественной генетической программы, взятой из одной их клетки - не говоря уже о сочетании этого подхода с генной инженерией и трансгенозом! - кроются как огромные надежды, так и весьма основательные опасения.

А можно ли "тиражировать" (клонировать) позвоночных?

       Оказывается, можно!
       Исследования, явно шедшие к клонированию позвоночных животных из их отдельных клеток, начались на амфибиях ещё в первые годы нашего века. Великий немецкий эмбриолог Ганс Шпеман, разделив волосяной петлёй самый ранний - двухклеточный - зародыш тритона на две клетки, получил из них двух целых жизнеспособных зародышей-близнецов. Впоследствии он отделял одну из клеток 16-клеточного эмбриона, и развивались два зародыша: один - из этой клетки, и второй - из 15 оставшихся. Это доказывало, что на самой ранней стадии развития - при делениях дробления - каждая клетка зародыша получает полноценный геном, и потому из неё можно воспроизвести целый организм.
       Но на следующих стадиях развития происходит дифференцировка, т.е. специализация, клеток: в них начинают работать разные наборы генов, и потому одни из них образуют кожу и нервную систему, другие - кости и мышцы, третьи - пищеварительную систему... Всего в нашем теле - более 100 разных типов дифференцированных клеток. А теряет ли та или иная клетка часть исходной, полной генетической информации организма, проходя эту специализацию? А если нет - то нельзя ли "лишить её приобретаемой специальности" - и вновь получить из неё целый организм?
       Оказывается, - не теряет. Оказывается, - можно.
       Как же это было доказано?
       В 1950-х гг., с развитием микрохирургии, английские эмбриологи Р.Бриггс и Т.Кинг провели опыты на лягушках рода Rana. Они пересаживали ядра из клеток более поздних стадий развития в оплодотворённые яйцеклетки-икринки с убитым или удалённым ядром. Они показали, что чем позже стадия развития организма-донора клеток, тем труднее получить из них нормальные зародыши. Однако с начала 1960-х гг. в течение 15 лет английский генетик и эмбриолог Дж.Гёрдон с сотрудниками в разнообразных опытах удаляли или убивали собственные ядра оплодотворённых яйцеклеток-икринок лягушек одного вида (из рода ксенопус), а затем пересаживали в них отдельные ядра клеток кожи и кишечника головастиков и взрослых лягушек другого вида того же рода. В результате в некоторых из тысяч таких икринок развивались нормальные головастики - того вида, ядра которого пересаживали. Так было доказано, что из ядер отдельных клеток взрослых позвоночных - по крайней мере амфибий - всё же можно получать целые организмы - генетические копии особей-доноров. Значит, ядро дифференцированной клетки несёт полную генетическую программу организма, и программу эту можно "запустить" - заставить работать - с начала, заставив произвести целый организм. За это важное открытие в 1967 году Гёрдон получил Нобелевскую премию.
       А как обстоит дело у млекопитающих? Вдруг у них всё же - всё это не так?
       Работать с яйцеклетками млекопитающих - куда труднее, чем с яйцеклетками-икринками амфибий. Ведь яйцеклетки млекопитающих - в сотни раз мельче икринок амфибий. Чем мельче живой объект, тем труднее им манипулировать. И потому эмбриологу, экспериментирующему с лягушками, достаточно хорошего бинокуляра и светового микроскопа, а вот его коллеге - специалисту по манипуляциям на яйцеклетках млекопитающих - приходится сидеть за огромным микроманипулятором - прибором, который по величине больше электронного микроскопа и содержит световой микроскоп, микропипетки, микроиглы и прочие приборы для микрохирургии, а также электорнные и механические системы для управления всем этим хозяйством. Такая техника создавалась десятилетиями, и вот сейчас она приносит свои плоды.
       Кроме того, зародышам млекопитающих, чтобы развиваться, надо врасти в стенку матки. Только тогда начинают работать многие их собственные гены, начинается дифференцировка клеток и формообразование тканей и органов. И вся последующая беременность - это система сложнейших взаимодействий растущего и развивающегося зародыша с организмом матери. Поэтому "перекроенную" яйцеклетку надо ещё стерильно ввести в матку и обеспечить ей врастание и длительное нормальное развитие вплоть до родов. Проблем - масса.
       Но биологи трудились не покладая рук. И ещё в начале 1960-х гг. были разработаны методики введения в матки мышей их зародышей - в том числе и подвергавшихся разнообразным
экспериментальным процедурам - с последующими беременностями и родами. В частности, так стали получать аллофенных химер - взрослых особей, которые развивались из смесей живых клеток, взятых из нескольких генетически различных эмбрионов. Например, в середине 1980-х гг. обложку одного из номеров "Nature" украсила цветная фотография взрослой аллофенной "овцекозы" - химеры из зародышей овцы и козы, которую смогла выносить и родить коза. А в 1981 г. появилась статья К.Илменси с соавторами. Эти исследователисмогли сделать на мышах то же самое, что за три десятилетия до того Бриггс и Кинг сделали на лягушках: вынули ядро из мышиной оплодотворённой яйцеклетки и заменили её ядром из клетки раннего зародыша мыши (со стадии шарика из клеток, когда ещё дифференцировка не началась). Эту яйцеклетку поместили в матку мыши, и она родила полноценная мышь с донорским геномом. Эта работа вызвала сенсацию. Однако последующие проверки показали, что она методически не корректна.
       А три года назад назад из одной клетки клонировали овцу. Клетки брали из эмбрионов и из вымени взрослых овец одной определённой породы, и 3-6 клеточных поколений клонировали эти клетки вне организма - в виде культуры клеток. Делали это на "голодной среде" - и, судя по всему, именно благодаря голоданию эти клетки теряли дифференцировку. Затем ядра клеток-потомков из этой культуры пересаживали в почти созревшие яйцеклетки овец другой породы, собственные ядра которых при этом убивали и удаляли. Эти породы были подобраны так, что ДНК этих двух пород имела различия - как, впрочем, и внешний облик самих овец. А затем эти "перекроенные" яйцеклетки вводили в матки овец второй породы, готовых к спариванию, и после этого обеспечивали им беременность с"полным комфортом". Эти овцы становились суррогатными матерями - играя роль "живых инкубаторов", они вынашивали генетически чужих зародышей. При этом из некоторых "перекроенных" яйцеклеток с подменённым геномом развивались эмбрионы. В сотнях случаев беременность была неполноценной и потому сама прерывалась на разных стадиях. Тогда у зародышей-выкидышей исследовали ДНК. И, судя по структурам определённых участков их ДНК, - геномы ядер их клеток принадлежали явно первой, а не второй породе. А в одном опыте из нескольких сотен опытов родилась нормальная овца первой породы - знаменитая Долли, о которой столько писали.(А это уже - клонирование целой овцы из клетки с ядром и геномом первой породы, а цитоплазмой и оболочкой - второй породы.). Это стало сенсацией: известно, что клетки, дифференцируясь в организме, могут делиться строго определённое количество раз. Неужели удалось "обмануть счётчик делений" клеток, снять их дифференцировку и "запустить её по второму кругу"?
       Однако коллеги сразу же выразили сомнения, что овечка Долли была клонирована именно из дифференцированной клетки взрослой овцы. В этих опытах овца - донор того ядра клетки, которым подменили ядро яйцеклетки, была беременна. Значит, в её вымя могли попасть с
кровотоком и клетки зародыша - в том числе мало дифференцированные, интенсивно делившиеся и потому избирательно клонированные в культуре вне организма. Если так, то для млекопитающих правомерны выводы Бриггса и Кинга, но ещё не Гёрдона: для клонирования пригодны лишь слабо дифференцированные клетки. Резонность таких сомнений коллег признал сам руководитель опытов по созданию Долли - шотландский эмбриолог и генетик Ян Вильмут.
       Прошло ещё три года. И теперь уже клонировали мышей - самцов из кончика хвоста взрослого самца. Получили клонантов и из клеток длительно размножаемых клеточных культур, полученных из эмбриональных клеток мышей. (При этом резко возрастает "тираж" клонантов). Всё же во всех этих случаях речь идёт о клонировании животных из их эмбриональных стволовых клеток - тех слабо дифференцированных клеток, которые живут и размножаются даже во взрослом организме. А ведь ещё 25 лет назад считали, что слабо дифференцированные клетки внутри взрослых организмов есть только у растений...

 А вообще - зачем это всё надо?

       По-видимому, если сочетать все эти виды клонирования генетического материала - изменять, комбинировать и размножать различные участки ДНК, затем вставлять их в определённые места геномов и получать из этих геномов взрослых организмов - то всё же есть чего опасаться. Вдруг да получится всё же какой-либо опасный урод? Конечно, на людях такие опыты, как и большинство прочих опытов, безнравственны. А особенно - вмешательство в наследуемые генетические программы!
       Но может возникать вопрос: а вообще зачем нужны такие опыты - даже на овцах и мышах? Зачем генетики так "измываются над божьими тварями", над их - пусть животной - любовью и размножением? Что за жуткие забавы?
       А дело в том, что на всех уровнях генетических структур клонирование необходимо.
Именно оно позволяет "умно вопрошать" живые системы (гены, геномы, клетки, эмбрионы, организмы), изучая работу и взаимодействия конкретных генов и клеток и их комбинаций - как естественных, так и модельных, "перекроенных". Подобно тому, как инженеры, занимающиеся электронными приборами, чтобы проверять работу различных блоков, вынимают их и вставляют в другие электронные приборы - подключают к тестерам, осциллографам, заведомо работающим аналогам - так и в генной, клеточной и эмбриональной инженерии понять работу "деталей" лучше всего удаётся, вставляя их в различные новые, "химерные" тест-системы. Это - путь к решению главных проблем биологии развития многоклеточных организмов: генного контроля роста, развития (дифференцировки клеток и формообразования), межклеточных взаимодействий у эмбрионов и взрослых. А прикладные перспективы - это лечение наследственных болезней человека: биохимических, анатомических, физиологических, психических, раковых. Это - и путь к контролю над старением и над многими важнейшими жизненными процессами, и к управлению множеством существующих и созданию разнообразнейших новых биотехнологий в самых различных организмах.
       Например, даже в истории с овечкой Долли "всплыло" множество новых фактов и проблем. Во-первых, в "перекроенной" яйцеклетке геном ядра был из одной породы, а цитоплазма и геномы митохондрий - из другой. А значит, исследуя разные мутации в генах этих геномов, при клонировании можно изучать их взаимодействия, а также - роли и взаимодействия генетически разных ядра и цитоплазмы в развитии организма млекопитающего. Во-вторых, - по анатомическим показателям в утробе Долли развивалась так, как если бы она принадлежала к породе своей суррогатной матери, будучи при этом генетически чужой породы. Вот и новые сведения о тонкостях взаимодействий организмов и геномов матери и плода! В-третьих, поведение Долли при общении с другими, обычными овцами было предметом пристального внимания этологов: не влияет ли клонирование геномов на формирование поведения, а если влияет, то как? В-четвёртых, Долли почему-то стареет втрое быстрее обычных овец. - Почему? В-пятых, Долли уже родила, зачав обычным способом. - Каковы же будут её потомки, может ли клонирование чередоваться с нормальным размножением, или всё же что-либо повреждается в геномах? Вопросов - масса.
       А между тем, радостные достижения методов молекулярного клонирования простираются даже в сферы этики семейной жизни. Ведь сейчас уже многим брачным парам, у которых есть генетические болезни, отнюдь не рекомендуют воздержаться от деторождений вообще, как делали ещё 40 лет назад. Во многих таких семьях после каждого зачатия врачи берут клетки раннего зародыша из матки или из крови беременной. А затем генетики клонируют эти клетки и их гены, изучают их биохимические свойства, хромосомы и структуры ДНК. И лишь если больные гены всё же унаследованы и риск тяжёлой болезни высок, то советуют сделать безопасный ранний аборт. В цивилизованных странах такие тесты широко проводят уже с 1970-х гг., и это - широко распространённые медицинские процедуры. А возможны они лишь благодаря развитию методов манипуляции с генами, геномами и клетками - пренатальной диагностике наследственных болезней плода, "вылавливанию" из геномов, клонированию и чтению разнообразных больных, мутантных генов и их нормальных аналогов. Список генных дефектов, которые "подвластны" такому раннему выявлению, стремительно возрастает. В частности, недавно клонировали и прочитали гены тяжелой патологии мозга - болезни Альцгеймера, и это даёт надежду регулировать их. Бурно развивается ранняя генная диагностика многих форм рака. Всё больше генетических болезней становится подвластными соматической генотерапии.

       "История людей" : фантазии и опасения в обществе.

       Есть и немалые опасения. Теперь большинство фильмов-триллеров ("ужастиков") снимают не про роботов и инопланетян, как 20-30 лет назад, а про ужасных чудовищ - мутантов и генно-инженерных "детищ", а в последнее время ещё и про клонантов. Однако автору этих строк все эти кошмары представляются беспочвенными. Судя по всему тому, что нам известно сейчас, реальные угрозы "генных злодейств" весьма сомнительны. Ведь генетические программы организмов Земли отлаживались миллиардами лет! Поэтому внесения изменений в них либо "заглушаются" самими геномами и организмами - и тогда никак не проявляются, либо вступают в противоречия с чрезвычайно согласованными процессами развития - и тогда организмы погибают на ранних стадиях. А те мутанты или рекомбинанты, которые всё же выживают, способны существовать лишь в специальных лабораторных условиях: ведь они - заведомо хуже исходных нормальных организмов, созданных и "отлаженных" эволюцией. И потому за 25 лет генные инженеры ещё не получили никаких жизнеспособных кошмарных монстров, хотя поставили уже буквально сотни тысяч опытов на сотнях видов самых разных организмов. И генно-инженерное оружие пока не известно общественности - скорее всего, в "закромах" у диктатора Ирака Саддама Хуссейна и прочих опасных властителей хранились природные бактерии холеры, лёгочной чумы и прочей смертоносной гадости, а вовсе не изделия генетиков.
       Гены самых разных организмов клонируют в разнообразных векторах, однако заставить их работать вместе сложно - и тем сложнее, чем сложнее геном и чем эволюционно дальше друг от друга отстоят организмы - источники генов. Генетические программы развития так сложны и отлажены эволюцией, что рукотворные изменения - направленные мутации, рекомбинации, трансгенные чужеродные вставки - либо "молчат" и вообще не изменяют структур и функций организмов, либо приводят к гибели эмбрионов и к смертоносным уродствам, либо вызывают слабые изменения в рамках естественного разнообразия особей. (Об этом - см. в Главе 10). Потому, кстати, и аллофенные химеры можно получать лишь из смесей клеток зародышей очень близких видов. Так, что касается "овцекозы", - овцы даже считают козлов своими потенциальными вожаками и супругами. В общем, - чем чудовищнее генная комбинация, тем меньше вероятность, что она будет работать. Поэтому просто безграмотный бред - все те сюжеты, которые Вы уже могли видеть по нашему телевидению в "ужастиках": огромные человеко-тараканы или же несчастные женщины, после заражения зловредным вирусом начавшие рожать яйца, из которых вылупляются динозавры... Всё это пугает, впечатляет, развлекает и ... воспитывает опасные бредовые взляды, ненависть к современной экспериментальной биологии. А её цели - красивы, величественны и благородны. Но всё же - "чем чёрт не шутит?". А вдруг?..
       Однако следует подчеркнуть, что 25 лет назад, ещё на заре генной инженерии, нобелевский лауреат Пол Берг и другие её создатели сами первыми подняли тревогу. И с тех пор они и их многочисленные коллеги сами же постоянно и беспристрастно контролируют свои результаты и сообщают о них. Тот же уровень нравственной ответственности биологи проявили и в отношении клонирования. Об этом - ниже.
       А у животных, даже если какой-либо генетический монстр всё же окажется жизнеспособным, то и при пересадках ядер, и при имплантациях клеток и зародышей в матку, удачи чрезвычайно редки - пока ещё не более 1%. Для всех этих манипуляций требуют от экспериментаторов высокой квалификации, кропотливого ювелирного труда - трудно представить себе (по крайней мере - пока), как их можно автоматизировать. Поэтому вряд ли клонирование млекопитающих в принципе можно "поставить на поток".
       Кроме того, при вмешательстве в размножение людей возникают свои биотехнологические проблемы. Мы относимся к подклассу истинных, или высших, млекопитающих. У них, и, в частности, у нас, беременность - этап необходимый. Поэтому в обозримом будущем, а, скорее всего, и в принципе невозможно ни создавать приборы - аналоги матки, как в фантастических романах -"притчах" Олдоса Хаксли и Юза Алешковского, ни изменять и ускорять сложнейшие сети событий эмбрионального развития. Особенно много генов работает в мозге, и чтобы изменять психику, потребовался бы одновременный трансгеноз сложнейших наборов генов. Это вряд ли выполнимо и, скорее всего, смертельно для эмбриона. Поэтому "зловредные корыстные порчи" личностей путём порчи их генов, а тем более их "поточное тиражирование", вряд ли выполнимы в принципе. Организм умирает - и сразу геномы его клеток так разрушаются ферментами, что клонировать из них можно лишь фрагменты ДНК (как при анализе останков Романовых), но никак не особь. Поэтому и воссоздание двойников давно умерших вождей, о коем столь страстно писал некий биологически безграмотный кандидат филологических наук в газете "НГ-наука" несколько назад, "услышав звон" о клонировании Долли, - это миф.
       Однако всё же даже результаты клонирования Долли и других млекопитающих - "поштучное" клонирование без всякой генной инженерии и трансгеноза - вызывают ряд вполне резонных опасений. Например, вдруг из клеток какого-либо властного негодяя, желающего пожить подольше - тирана, фюрера - после долгих попыток клонируют ребёнка? Ведь суррогатных матерей в нищих государствах можно нанять за большие деньги - хотя бы потому, что им может быть необходимо выкармливать прежних, нормальных детей. Клетки и органы такого ребёнка были бы молоды и генетически идеальны для трансплантаций назад, "хозяину"-донору. И вообще так можно было бы создавать, рождать и воспитывать "заново", с младенчества, двойников любого донора клеток (женщинам - даже самих себя). Отметим, что у овечки Долли - весьма трагичные "семейные отношения": отца у неё нет вообще, а мать второй породы - это суррогатная мать - живой инкубатор чужой наследственности. А овца-донор ядра - точная копия Долли, причём уже прошедшая значительную часть жизненного пути. Каково же будет такому человеку - бледной тени всласть пожившего донора - и, вообще, может быть, - его собственности? Человек-клонант был бы глубоко трагической личностью! Более того: злодей - донор ядра - мог бы быть юридически прав, заявив: "Я дал свою кровь, и клонированный (клонированная) - не личность, а часть моего организма, слепок с меня!" Таким образом, чудовищное нарушение прав человека - налицо. И вообще - клонирование создало бы ситуацию, при которой не понятно, где проходят границы личности. А если ещё добавить и трансгеноз новых генетических конструкций в ядра клонируемых клеток, ядра которых используют для пересадки в яйцеклетки! Где всё же гарантии, что со временем не изобретут и зловредные жизнеспособные ДНК-конструкции?
       Клонирование личностей из клеток и эмбрионов тревожит уже более 70 лет. Первым был Олжас Хаксли, с разговора о котором мы начали наш рассказ. Следующий всплеск тревог произошёл вскоре после работ Бриггса и Кинга. В начале 1970-х гг. сенсацию вызвало "развитие зародышей человека в пробирке" - "опыты"-мистификации некоего итальянца по фамилии Петруччи. На демонстрацию студентов против работ по клонированию попал ещё 25 лет назад, на Международном генетическом конгрессе в Беркли (США), наш крупнейший специалист по экспериментальной генетике развития и генетике нервной системы - Л.И.Корочкин. Потом вдруг страсти улеглись. И вот - новый их всплеск. Ассамблеи и комитеты ВОЗ, ЮНЕСКО, Совета Европы, Конгресса США, 52-тысячный профсоюз учёных-экспериментаторов, религиозные конфессии, приняли взвешенные запреты и моратории на опыты по клонированию людей и вообще на все эксперименты по изменению геномов в половых клетках человека - яйцеклетках и сперматозоидах. Почти всё, что нас интересует, можно моделировать в опытах на овцах, мышах и прочих животных - кроме таинств формирования психики. Но для изучения таких аспектов психики создавать ущербных индивидуумов-клонантов было бы преступлением. Однако тогда же, три года назад, деятели ЛДПР, прослышав про Долли, в Госдуме России выразили полную готовность субсидировать опыты по клонированию! Невежество всех рвущихся "штамповать своих людей" не менее чудовищно, чем нынешнее положение науки в России, при котором и гораздо более простые опыты не выполнимы. Да и в США была напрасной шумиха вокруг Р.Сида - физика (!), за 7 млн. долларов тоже предлагавшего начать поточное (!!) клонирование людей.
       Сказки безграмотных обывателей, фантастов и средств массовой информации - о клонировании, о безответственности и о замыслах наших коллег - ещё раз показывают, что "новое - это хорошо забытое старое", а "история учит тому, что она ничему не учит" - особенно при удручающих биологической безграмотности, исторической забывчивости и мифологическом мировосприятии наших сограждан. В этой ситуации понятна морально-этическая озабоченность тех, кто готов серьёзно и публично обсуждать все эти проблемы. Но есть ещё и ответственность перед подвижниками науки, перед безднами знаний и исканий, перед прогрессом и задачами медицины. Так что - всем, кто берётся писать, говорить и снимать сюжеты, упомянутые в этой статье, нужны не только страхи за судьбы собратьев, но и элементарные биологические знания. А "штамповка" глупцов и негодяев, без каких-либо биотехнологий, реальна и нам знакома: это социально-психологическая "инженерия" - лживая пропаганда на фоне всеобщего невежества.

 ЛИТЕРАТУРА

Боринская С.А., Корочкин Л.И., Назаретян А.П., Платонов Е.С.,
       Седов А.Е., Янковский Н.К.: Генетическая инженерия:
       технологические возможности, социальные перспективы,
       этические проблемы. //Общественные науки и современность,
       1998. С.108-123.
Гёрдон Дж.: Регуляция функции генов в развитии животных.
       Москва, "Мир", 1977. 196 с.
Briggs R., King T.J.: Transplantation of living nuclei from blastula cells
       into enucleated frog eggs. //Proc. Nat. Acad. Sci. USA, 1952. 38.
       P.455-463.
Briggs R., King T.J.: Changes in the nuclei of differentiating entoderm
       cells as revealed by nuclear transplantation. // J.Morphol., 1957. 100.
       P.269-312.
Illmensee K., Hoppe P.C.: Nuclear transplantation in Mus musculus:
       developmental potential of nuclei from preimplantation embryos.// Cell,
       1981. 23. P.9-18.
Spemann H.: Entwicklungsphysiologische Studien am Tritonei. // Arch.
       Entwicklungmesh., 1901-1903. № 12,15,16.
Spemann H.: Die Entwicklung seitlicher und dorso-ventraler Keimhalften
       bei verzogerter Kernversorgung, //Zeitschrift fur wissenschaftliche
       Zoologie, 1928. 132. S.105-134.
Wakayama T., Rodriguez I., Perry A., Yanagimachi R., Mombaerts P.:
       Mice cloned from embryonic stem cells. //Proc. Nat. Acad. Sci. USA.
       1999, Dec. 21. P. 14984-14989.
Wilmut I. et al.: Viable offspring derived from fetal and adult mammalian
       cells. //Nature, 1997. Vol.385. P.810-813.
 











Глава 19.
КЛОНИРОВАНИЕ, ГЕНЕТИЧЕСКАЯ И ЭМБРИОНАЛЬНАЯ ИНЖЕНЕРИЯ В ПРИМЕНЕНИИ К ЧЕЛОВЕКУ: ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ВОЗМОЖНОСТИ, СОЦИАЛЬНЫЕ ПЕРСПЕКТИВЫ, ЭТИЧЕСКИЕ ПРОБЛЕМЫ.

«Круглый стол» в редакции журнала «Общественные науки и современность». Текст опубликован в этом журнале
(1998, №5. С.108-123)

УЧАСТНИКИ:
Боринская Светлана Александровна, младший научный сотрудник лаборатории анализа генома Института общей генетики им. Н.И.Вавилова РАН. Область научных интересов - генетика, теория эволюции, психология.
Корочкин Леонид Иванович, доктор биологических наук, профессор, член-корреспондент РАН, заведующий лабораторией молекулярной биологии развития Института биологии развития им. Н.Кольцова РАН, заведующий лабораторией нейрогенетики и генетики развития Института биологии гена РАН. Область
научных интересов - генетика, эмбриология, философия, религия.
Назаретян Акоп Погосович, кандидат психологических и доктор философских наук, заместитель главного редактора журнала "Общественные науки и современность". Область научных интересов - концепции эволюции, кибернетические подходы к
истории цивилизаций.
Платонов Евгений Семёнович, кандидат биологических наук, заместитель директора Института общей генетики им. Н.И.Вавилова РАН. Область научных интересов - генетика, эмбриология, микрохирургия ранних зародышей млекопитающих.
Седов Александр Евгеньевич, доктор биологических наук, ведущий научный сотрудник проблемной группы истории теоретической и экспериментальной биологии Института истории естествознания и техники им. С.И.Вавилова РАН. Область научных интересов - история, логика и методология генетики, биология в
контексте развития культур, молекулярная систематика.
Янковский Николай Казимирович, доктор биологических наук, Соросовский профессор, член Ученого Совета ГНТП РФ "Геном человека" , заведующий лабораторией анализа генома Института общей генетики им. Н.И.Вавилова РАН. Область научных интересов - структуры и функции геномов.



       А.П.Назаретян: Предметом широкого социального интереса стали ныне работы по генетической (в частности - генной) инженерии и генетики развития, лабораторные манипуляции с клетками и эмбрионами. Появились даже сообщения о клонировании первого человека. Вам, специалистам в этих областях, я бы хотел задать ряд вопросов.
       1. Существуют ли с точки зрения ученых, специалистов, какие-либо инструментальные, технологические пределы возможностей в этих направлениях?
       2. Каких можно ожидать социальных последствий подобных исследований и может ли в принципе цивилизация развиваться далее без таких технологий?
       3. Видите ли вы здесь какие-то этические проблемы? Можно ли противостоять этим опасностям?
       Е.С.Платонов: Не думаю , что могут существовать строго очерченные пределы технологическим возможностям в биологии. Как мы видим, эти возможности постоянно расширяются. Вот, в частности, свежий пример. В феврале 1997 года шотландский исследователь Ян Вилмут сообщил сенсационный результат, к которому он и его соавторы шли долгое время. Им впервые удалось клонировать взрослый организм, используя в качестве донора клеточное ядро, происходящее из культивируемых клеток молочной железы взрослой овцы. Этот результат взбудоражил не только научный мир, но и общественность. Он породил очередной всплеск повышенного интереса к технологиям, которые развиваются сегодня в генетике, в частности, в генной инженерии, в генетике развития и др. Следует заметить, что впервые выраженный интерес общественности к проблеме клонирования приходится на начало 1950-х гг., когда Р.Бриггс и Т.Кинг в опытах на амфибиях впервые получили результаты, указывающие на возможность клонирования организмов позвоночных из их отдельных клеток . В конце 1960-х гг. Дж.Гёрдон удалял ядра из оплодотворённых яйцеклеток (икринок) шпорцевых лягушек и помещал в них ядра из клеток некоторых органов взрослых лягушек близкого вида; в нескольких таких опытах удалось получить все стадии развития: зародыш, головастик, а затем и маленькую лягушку - причём того вида, ядро которого было пересажено в икринку. Затем неоднократно пытались экспериментально клонировать и млекопитающих. Но в 1981 году эти попытки прервались - безрезультатно и даже скандально. Автором сенсации был Карл Илменси, опубликовавший в журнале "Cell" статью, из которой следовало, что ему удалось получать клонированных мышей, пересаживая в яйцеклетки ядра клеток раннего зародыша. Увы, его исследование в дальнейшем не были подтверждено и даже появились сообщения, что полученные данные были фальсифицированы. Тем не менее, эти исследования привлекли внимание исследователей в разных странах. Подобные исследования активизировались и в нашей стране. Были разработана серия подходов для совершенствования технологии клонирования. Однако, большинство исследователей сошлись во мнении, что в первую очередь нужно решать проблему потентности соматических клеток, т.е. способности генома клеток различных тканей зародышей или взрослого организма обеспечить развитие целого нового организма.
Н.К.Янковский: Хочу пояснить для неспециалистов. Речь идет о том, что в исходной клетке, из которой образовался организм (в том числе и мы с Вами), содержится вся совокупность наследственной информации. И любая соматическая клетка - т.е. клетка нашего тела - тоже содержит наследственную информацию. Равноценна ли она той информации, которая содержалась в исходной клетке - оплодотворённой яйцеклетке? В принципе - да. Любая клетка тела содержит всю информацию о целом организме. Но эта информация заблокирована. Поэтому в обычных условиях ядро такой клетки не способно становиться программой развития целого организма. Вот это и надо исследовать. Как теряется и как сохраняется потентность клеток, когда она теряется и насколько сохраняется при развитии и дифференцировке клеток в отдельных органах? И обратима ли она - сохраняется ли в дифференцированной клетке способность к развитию из неё целого организма?
Е.С.Платонов: Вот этим и занялись большинство исследователей. А интерес собственно к клонированию резко упал. Один из тех, кто продолжил заниматься клонированием - шотландский исследователь Ян Вилмут. В своих работах он использовал в качестве модельного объекта овцу и получил первый обнадеживающий результат: овцы оказались более подходящими для подобной работы, чем лабораторные мыши. Все, кто работал с мышами, зашли в тупик: потентность клеток у мыши исчезает на самых ранних этапах развития, на стадии 2-х клеток, а у овцы она сохраняется достаточно долго - до стадии 64 - 128 клеток. Тем не менее, и сейчас остается открытым вопрос: способны ли дифференцированные соматические клетки взрослого организма вновь "запустить" свой геном для воспроизведения целого нового организма? Большинство исследователей убеждены, что нет, не способны. Доказательством этому служат результаты работ многих лабораторий, использующих разнообразные подходы для решения этой задачи.
Л.И.Корочкин: Проблема клонирования млекопитающих, как уже справедливо упоминалось, не нова. Мне вспоминается одна связанная с ней история. В 1973 г. мне довелось принимать участие в Международном генетическом конгрессе в США, в прекрасном университетском городке Беркли. Российская (тогда - советская) делегация немножко запоздала. Мы прилетели ночью, поспать не удалось, слегка позавтракали и пошли прямо к открытию конгресса. Там мы были несказанно удивлены, ибо нас встречал строй полицейских с автоматами, со всею строгостью проверявших документы участников. Мы недоумевали - в чем дело? Оказалось, что студенты, прознавшие о намерении генетиков обсуждать проблему клонирования, пообещали расправиться с учеными. Вскоре поблизости собрался митинг, появились листовки, в которых генетиков клеймили позором и обвиняли в стремлении клонировать Ленина, Гитлера, Сталина и Мао Цзе Дуна - главных преступников перед человечеством. Пришлось организаторам конгресса выступать с разъяснениями по радио и телевидению, писать в газетах, успокаивать студентов. Закончилось все благополучно: студенты пригласили всех участников на пикник, где шло мирное застолье, интересные беседы и произносились тосты за мир и дружбу, а также за процветание генетики! Потом работы Илменси наделали много шума, журналисты раздули из его опытов сенсацию, а оказалось, что они некорректны. Должен сказать, что Программа по клонированному разведению млекопитающих разрабатывалась еще в 70-е годы и в моей лаборатории, в бытность мою в Новосибирске, в Институте цитологии и генетики СО АН. И мне даже пришлось выступать с докладом на эту тему на одной из сессий ВАСХНИЛ в Москве в 1974 г. Сначала наша программа неплохо финансировалась. Мы, кстати, сразу же пришли к выводу, что трансплантация чужого ядра бесперспективна и предпочтительнее слияние с яйцеклеткой соматической клетки особи, которую планируется клонировать. Кстати, Вилмут использовал именно этот подход. Наша работа развивалась довольно успешно, однако вскоре ее перестали финансировать, и она постепенно была прекращена.
       Мне кажется, что нынче вокруг этой проблемы опять поднимается много шума из ничего. Во-первых, выход клонированных овец настолько ничтожен, что думать о каком-то практическом значении клонирования животных по крайней мере рано. Во-вторых, на этом пути столько сложностей, что говорить о том, что будут получены абсолютно точные копии, - преждевременно. Процесс индивидуального развития крайне сложен, каждый ген имеет определенные границы вариабильности (так называемая норма реакции). Известны ведь случаи своеобразного естественного "клонирования" - однояйцовые близнецы. При всем колоссальном сходстве они имеют и некоторые различия, в некоторых парах немалые и при этом не зависимые от воспитания.
       Так что я, хотя никогда не был консерватором, не разделяю мнение тех оптимистов, которые считают, что все технические детали решены и разработаны и в ближайшее время начнется поточное клонирование животных, а там, глядишь, и человека. Полагаю, что все это временная "страсть". Шум поутихнет, работа, вероятно, будет продолжаться, но революционизирущих науку и технику результатов не следует ожидать. Тем более, что нынче наука стала весьма прагматичной, поскольку финансируются преимущественно те исследования, от которых ждут существенного выхода в практику. Мне представляется, что работы по клонированию, имеющие бесспорный теоретический интерес, для практической медицины или сельского хозяйства ничего существенного не дадут.
Н.К.Янковский: Вообще у многоклеточных организмов способность отдельной клетки образовать целый новый организм весьма обычна. На растениях технология, базирующаяся на этом, применяется в массовом порядке. Это сейчас - обычный биотехнологический прием. Если, скажем, выведен какой-то новый сорт, то хлопотно размножать его семенами. Легче - взять любой лист, а из него - необходимое количество клеток, и из каждой получить целый организм. Так получают нужные варианты в нужных количествах. А с животными так пока не получается, хотя технологии разрабатываются. У растений вообще вегетативное размножение - норма. Это у человека она почти утрачена. Почти - потому что случаи вегетативного размножения всё же есть. Ведь при оплодотворении - как только мужская и женская половые клетки сливаются - образуется первая клетка нового организма, и она уже, строго говоря, соматическая. Но иногда она делится, и получается две клетки, каждая из которых даёт начало новому организму. Так получаются близнецы. Формально говоря, это - вегетативное размножение. У некоторых животных такая форма размножения осуществляется постоянно. Например, у броненосца все детёныши из одного помёта - это генетически идентичные близнецы: они происходят из нескольких клеток, которые образовались в результате последовательных делений первой клетки, получившейся при оплодотворении. Вегетативное размножение - это одна из стадий размножения. Это - для справки.
А.П.Назаретян: А можно ли сказать, что не зависимо от того, насколько достоверна информация о первом клонированном человеке в Японии, в принципе эта проблема - чисто техническая? Что человека можно точно так же клонировать - не сегодня, так завтра?
Н.К.Янковский: Несомненно.
Л.И.Корочкин: Я с этим не согласен и думаю, что человека не удастся клонировать ни сегодня, ни завтра, ни послезавтра. О том, почему я так думаю, я уже говорил. Этические проблемы здесь, бесспорно, существуют и уже обсуждаются, причем достаточно активно. Известна бурная реакция по этому поводу, английской общественности а также Президента США Билла Клинтона. Опасности всё же могут быть. Нашелся же в США сумасброд, обещавший, несмотря ни на какие запреты, клонировать за большие деньги людей! Обещание свое он едва ли выполнит, а вот вред здоровью легковерных принести может. Но людям свойственна доверчивость - за примерами далеко ходить не надо: МММ, "Чара", "Властилина" и т.д. А информация о первом клонированном человеке, скорее всего, недостоверна. Вероятно, напутали журналисты. Ведь писали же они после упомянутых работ Дж. Гердона, будто ему удалось клонировать лягушку просто из клетки кишечника! А на самом деле из клетки кишечника Гёрдон брал лишь ядро, и в дальнейшем развитии такого организма огромную роль играло и содержимое цитоплазмы икринки.
Е.С.Платонов: Тем более обидно и просто стыдно, что нашлись такие сумасброды и у нас. Кто бы мог подумать - аж в Государственной Думе! После того , как там, в комитете по Геополитике, прошли слушания о проблемах и перспективах клонирования, где все без исключения ученые высказались против применения клонирования у человека даже в обозримой перспективе, руководители этого комитета (из фракции ЛДПР) стали активно искать исследователей, согласных в короткие сроки решить эту задачу. Как сообщила газета "Известия" (№35 от 25 февраля 1998 г.), средства, и немалые, функционеры ЛДПР готовы изыскать. Следует напомнить, что уже в мае 1997 г. Генеральная ассамблея ВОЗ приняла решение, что использование клонирования для размножения человеческих индивидов является этически неприемлемым и противоречит человеческой морали.
А.Е.Седов: Это ещё раз подтверждает: «История учит тому, что она ничему не учит», а «новое - это хорошо забытое старое». Прискорбная жажда некоторых отечественных деятелей скорее клонировать себе подобных - это пример не только безответственности, но и вопиющего невежества. Ведь этические проблемы именно такого массового "тиражирования" человека (зародышей и взрослых людей - генетических копий-двойников) ещё в 1932 году предвидел и описал Олдос Хаксли, родственник известного дарвиниста Томаса Гексли, в виде развёрнутой притчи - фантастического романа-антиутопии "О, дивный новый мир!". Эта книга давно и очень хорошо известна большинству зарубежных читателей, а несколько лет назад изданна и у нас - на русском языке и большими тиражами). По её сюжету, основа существования некоего будущего тоталитарного государства - это клонирование людей-близнецов на специальных фабриках с последующей жёсткой «дрессировкой» растущих там эмбрионов, а затем и получающихся из них детей. В те далёкие годы пищу для души и ума Хаксли дало не только становление социализма и фашизма, но и опыты Г.Шпемана, который ещё в начале века сумел разделять клетки самых ранних зародышей амфибий так, что из каждой такой клетки развивался целый организм. Именно эти опыты и были самым первым шагом к методикам клонирования. А насколько длительна и богата событиями их история - уже говорилось.
Е.С.Платонов: Мне представляется, что желание некоторых "горячих голов" призывать к клонированию людей вновь оживляет порочные идеи раннего периода развития евгеники - о селекции людей с "особенно ценными" геномами. Теперь в подобных призывах говорят не столько о селекции, сколько о клонировании.
А.П.Назаретян: Но клонирование - это еще не генная инженерия. Что можно искусственно сделать при "производстве"(рождении) человека? Можно ли сделать так, чтобы родился я - но, скажем, без плоскостопия или с другим цветом глаз? Каковы здесь пределы?
Е.С.Платонов: Вот в этом случае жестких технологических запретов, я думаю, нет...
А.Е.Седов: Здесь необходимо пояснить, что же называют клонированием и какие же новые знания и умения (методики) биологов могут вызывать надежды и тревоги в обществе. Клонированием называют все методы направленного размножения генетического материала бесполым путём, в результате деления одной клетки. Современные биологи умеют клонировать отдельные выделенные участки ДНК (в частности - гены) и получаемые из них комбинации - вводя их в живые клетки и затем эти клетки размножая - или же клонировать клетки целиком, с их нетронутыми генетическими программами - геномами. Размеры геномов - на 3-6 порядков больше, чем размеры клонированных фрагментов ДНК, и их генетические тексты - гораздо сложнее. Так что этот термин означает две группы биотехнологий - логически сходных, но охватывающих генетические структуры и процессы двух различных масштабов и уровней.
       На первом из этих уровней - при клонировании участков ДНК - направленно вносят те или иные наследуемые изменения в определённые участки генетического материала, создают новые их комбинации, а затем наблюдают, как они размножаются и работают в различных клетках и организмах. Это - генетическая (и, в частности, генная) инженерия. К ней относят и "крупноблочные перекраивания" генома - хромосомных наборов и отдельных хромосом - во многих случаях полученные методами классической генетики, без выделения ДНК из клеток. Зародившаяся в начале 1970-х гг. генная инженерия - это разнообразные манипуляции с выделенными из клеток фрагментами ДНК как с осмысленными текстами. Эти тексты так или иначе изменяют, встраивают их в векторы (специально сконструированные ДНК, способные размножаться в живых клетках) и вводят эти векторы в живые клетки и организмы для того, чтобы изучать, как "отредактированные" гены и их комбинации размножаются и работают. Таковы технологии клонирования участков ДНК в составе рекомбинантных ДНК - новых комбинаций генетических текстов. Генетики уже умеют "прицельно" выделять и размножать многие конкретные генетические тексты, заменять в них определённые "буквы"-нуклеотиды, "сшивать" новые работающие генные сочетания - конструкты - из разных фрагментов ДНК-текстов (порой - принадлежащих нескольким чрезвычайно разным организмам). У нескольких экспериментальных объектов (кишечной палочки, дрожжей, дрозофилы, шпорцевой лягушки, мыши) иногда удаётся даже так встраивать конструкты в определённые места их собственных генетических программ, что эти "нововведения" передаются потомству. Эта процедура называется трансгенозом. Работы по трансгенозу на человеке не производят: это аморально. Но здесь есть перспективы для генотерапии - медицинской генетики будущего.
       А второй уровень - это клонирование целых клеток. Здесь клонируют "нетронутые", целые геномы многоклеточных организмов, манипулируя целыми клетками и их совокупностями. Это - техники клеточной, тканевой и эмбриональной инженерии - от имплантации отдельных клеток (в частности, яйцеклеток и зародышей - в матку) до имплантации целых тканей и органов как зародышам, так и взрослым организмам. Здесь, без операций над генетическими структурами, задачи генетиков состоят в том, чтобы понять, как же работают многочисленные собственные гены организма при его развитии. Иногда оба уровня сочетают. И, на обоих уровнях исследований, клонирование просто необходимо - чтобы изучать регуляцию работы различных конкретных генов и их блоков (как естественных, так и "перекроенных" - модельных) - в различных целых геномах, клетках и организмах. Это - путь к решению главных проблем биологии развития многоклеточных организмов: генного контроля межклеточных взаимодействий, дифференцировки клеток, формообразования. Все эти техники необходимы и в прикладных целях - для изучения множества болезней (включая рак), старения и многих других фундаментальных жизненных процессов.
Н.К.Янковский: Вы знаете, здесь количество переходит в качество. Тут в дело вступает собственно генная инженерия - ставится вопрос об изменении наследственной информации. Предположим, человек - дальтоник, не различает цветов. В его генетическом тексте достаточно заменить одну букву. Общая же длина всего генетического текста человека - больше трех миллиардов букв. Одну букву заменить можно. Сейчас бурно развивается такое направление в науке, как генотерапия. Оно разрабатывает способы целенаправленной замены генетического
материала в нужном месте. Но это - предельная цель, экстремальная. Такая замена будет происходить с частотой на три порядка меньшей, чем многие другие события, которые приводят к изменению генетического материала. Большинство из которых будут даже не нейтральными, а вредными. То есть - если Вы хотите, чтобы Ваша борода из черной стала рыжей, то появится, возможно, один человек с "заказанной" бородой. Но вдобавок - еще тысячи индивидов, половина которых отягощены разного вида уродствами. Вот такая плата.
Л.И.Корочкин: Я согласен с Янковским и полагаю, что в этой ситуации возникнут многочисленные этические проблемы, не всегда легко разрешимые. Ведь речь идет об экспериментальном вмешательстве в развитие человека, а это всегда вызывает дискуссию. При этом нельзя не считаться с существующим законодательством и религиозными устоями общества.
А.П.Назаретян: Я ведь не о практическом приложении. Что можно сделать из исходного материала в принципе, технологически?
Н.К.Янковский: Дело именно в постановке вопроса. Количество переходит в качество, и разумное соотношение этих переходов вряд ли будет когда-нибудь практически достижимо. Вариантов событий - слишком много, и поэтому задача практически невыполнима. Скажем, так: мы с Вами, будучи особями одного вида и одного пола, по этим самым трем миллиардам букв отличаемся в каждой трехсотой. То есть, между нашими генетическими текстами - около десяти миллионов различий. Чтобы превратить меня в Вас - или наоборот - надо исправить в трёх миллиардах букв - миллион. Здесь количество и качество имеют абсурдное соотношение. Объем работы таков, что никогда не будет технически достижим. Вообще - зачем из одного человека делать другого? Смысла нет.
А.П.Назаретян: А из одного генома сделать другой геном - с заданными свойствами?
Н.К.Янковский: Если речь идет о единичном свойстве. Да, мы знаем, каким образом оно генетически контролируется; знаем в некоторых случаях, как конкретно можно его изменить. Например, в случаях многих наследственных болезней.
А.П.Назаретян: Да, направленно преобразовывать геном. Сможет ли в принципе это делать генная инженерия?
Е.С.Платонов: В медицинской практике, мне кажется, чаще возникает проблема лечения (компенсации) проявлений наследственных аномалий или выраженных наследственных патологических предрасположенностей у конкретных людей, а не у их будущих потомков. В литературе появляются публикации с обнадеживающими результатами. В частности, в США больным, страдающим тяжелыми формами варикозного расширения вен нижних конечностей, которых готовили к операции, ввели некий ген, контролирующий локальный рост кровеносных сосудов. В результате у 80% этих людей операцию было решено отменить: стали бурно развиваться мелкие сосуды, которые в значительной степени компенсировали основные проявления этой болезни. Если это сообщение достоверно, то мы имеем удачный пример медицинских возможностей генной инженерии.
А.П.Назаретян: Я все-таки хотел бы услышать о технических пределах таких возможностей. Видите ли Вы их в генной инженерии, в целенаправленном изменении генома?
Н.К.Янковский: Есть другие задачи - более быстро достижимые и имеющие более явный эффект для общества. В рамках программы "Геном человека", которая сейчас является самой большой биологической программой в мире, предполагается охарактеризовать более 90% всех тех мутаций - спонтанных изменений в генетических текстах - которые приводят к наследственным болезням. Их можно диагностировать уже на ранних стадиях беременности, когда ещё можно её прервать. Уже более 20 лет, как в клиниках развитых стран применяется амниоцентез: из матки беременной женщины берут околоплодную жидкость и из неё извлекают свободно плавающие клетки плода. Эти клетки размножают в культуре и исследуют их разнообразными биохимическими и молекулярно-генетическими методами. В дальнейшем - есть перспективы анализировать клетки плода пренатально (т.е. до его рождения) без амниоцентеза: клетки плода есть в кровотоке матери, и их удаётся вылавливать даже из небольшого количества крови, взятой из пальца беременной. Вот это, по-моему, многое даст уже в течение ближайшего десятилетия. Уже сейчас таким образом генетики умеют распознавать около 200 из 4000 известных наследственных болезней человека. А появится возможность в каждом случае беременности, для каждого плода, делать полные описания по всем известным мутациям. Для этого не нужно даже узнавать, чем болели родители. Просто зная мутации, характерные для в данной группы населения, можно будет изучать их характер в ДНК и их биохимические проявления в клетках плода, и все их тестировать. Новорожденным можно будет выдавать паспорта, в которых заранее может быть указано, чем человек будет или не будет болеть, к чему он будет иметь склонности, способности и т.д. Но это уже важная этическая, а не только медицинская проблема.
А.П.Назаретян: Можно ли в принципе по заданию делать людей, скажем, приспособленных к космонавтике? Например, чтобы была значительно меньше потребность в кислороде?
Н.К.Янковский: Все, что можно сделать, будет находиться в пределах той нормы реакции, которая нам суждена как виду. Эта норма реакции уже реализована у разных людей. Надо просто выявить тех, у кого налицо искомый признак. Это - гораздо проще.
А.Е.Седов: Кстати, в упомянутом романе-притче О.Хаксли, клонируя и воспитывая своих индивидов, «общество» изощрённо управляет их развитием именно для их оптимальной «профориентации» (психофизиологических адаптаций к тем или иным планируемым для них профессиям) - причём лишь в пределах их норм реакции, без изменений в генетических программах. Однако даже это приносит жуткие «плоды», «воспетые» и осмысленные автором.
А.П.Назаретян: А почему бы не расширить признаки вида - то есть не создать признаки, которые до сих пор виду присущи не были? Это возможно?
Н.К.Янковский: Ответ на Ваш вопрос даёт известный закон гомологичных рядов наследственной изменчивости, сформулированный Н.И.Вавиловым. В принципе- можно. Так, у собак получали окраску тигра.
Л.И.Корочкин: Сейчас широко используются в биологии так называемые трансгенные животные, т.е. такие животные в геном которых с помощью генно-инженерных и эмбриологических методов введен чужеродный ген или гены от других видов. Можно так же какой-то регулирующий развитие ген перенести в необычное место, что иногда приводит к удивительным результатам, например, у мушки дрозофилы глаза развиваются не только на обычном своем месте, но и на крыльях, на брюшке и в других необычных местах.
А.П.Назаретян: А можно ли выйти за пределы нормы реакции?
Н.К.Янковский: Существуют мутации, которые меняют норму. Она становится шире. Можно придать какие-то новые признаки организму путем пересадки генов. Гены возникли задолго до того, как разошлись животные с растениями; и гены "пересаживаются" сравнительно легко - в любых направлениях.
Е.С.Платонов: И тем не менее, ограничится внедрением любого единичного гена - это улучшать ход часов ударом молотка. Его работа в составе "нового" ядра должна четко кооперироваться с целой системой работающих или до определенного времени выключенных генов, чтобы не нарушить развитие и жизнедеятельность организма..
Л.И.Корочкин: Не всегда. Бывает, что чужие гены хорошо приживаются и могут быть полезными. Если мы имеем организм с мутацией гена, которая лишает его продукт ферментативной активности, то внедрение в геном потомков нормального гена может быть полезным.
С.А.Боринская: Позвольте провести такую аналогию. Чтобы в научную лабораторию внедрить импортный прибор - чтобы он там работал - мало его просто поставить. Оказывается, например, что винтики нужны к этому прибору, смазочное масло специальное и т.д. Целая технология. Нельзя просто взять, например, центрифугу и внедрить ее в другую техническую культуру. Или автомобиль-иномарку - если в стране нет станций техобслуживания, то хозяин намучается с поддержанием автомобиля в рабочем состоянии. Это - то, о чём вы сейчас говорите. Так, если взять гены фотосинтеза и ввести их в геном человека, то человек не позеленеет и не станет использовать солнечную энергию для синтеза глюкозы. Чужой ген может работать тогда, когда он соответствует "технологии" организма, в который его ввели.
А.Е.Седов: Даже телевизор вряд ли можно улучшить электронными деталями, взятыми из пылесоса. А ведь генетические системы - на много порядков сложнее этих приборов!
       Вообще-то о подобных чудесах люди размышляли с древности: вспомним сфинксов, кентавров, грифонов, русалок, химер на готических соборах... Но реальные, живые химеры - генные и клеточные - созданы нашими коллегами лишь недавно, при жизни нашего поколения (если, конечно, в каких-либо древних забытых цивилизациях не умели чего-либо подобного).. Причём различные фрагменты ДНК, взятые из очень разных, эволюционно далёких друг от друга организмов, можно рекомбинировать и сочетать в одном геноме, а изредка - и заставлять работать вместе в живой клетке. Однако целые клетки эмбрионов разных организмов удаётся совместить в одном развивающемся эмбрионе лишь только тогда, когда эти организмы относятся к одному виду или к очень близким видам (изредка даже родам, например - зародыши овец и коз). Кстати, методики «смешивания» нескольких эмбрионов близких видов в один мозаичный эмбрион и называются мифологически - созданием аллофенных химер.
Е.С.Платонов: Конечно, на этом ведь и базируется уникальность и специфичность отдельных организмов, их способность противостоять чужеродному. Если же появляется задача преодоления существующих биологических барьеров, то необходимо четко знать, какова в этом высокая необходимость и каковы социальные последствия подобных манипуляций. Тем не менее, рождение клонированной овцы - Долли - очень важно для формирования взвешенного общественного мнения. Ее появление поставило проблему сохранения "генетической индивидуальности" человека в разряд актуальных проблем, стимулировало широкое обсуждение этических аспектов научной деятельности. Ну, а реальное клонирование животных остается очень важной, интригующей задачей, которая увы, еще далека от своего решения. Думаю, основных успехов подобные работы достигнут в ХХI веке. Пока же - важно, чтобы данные Вилмута были подтверждены другими исследователями. Затем должен быть увеличен выход живых клонированных животных при использовании ядер культивируемых клеток от взрослых организмов. А главное - необходимо понять , какие процессы контролируют утрату соматическими клетками способности обеспечивать полное развитие нового организма, как этим управлять, и почему у некоторых видов животных такая способность утрачивается очень рано.
Л.И.Корочкин: На мышах-то пока не получается!
Е.С.Платонов: Действительно, именно у этого, наиболее удобного и наиболее изученного лабораторного животного, клетки утрачивают потенции к формированию целого организма на самых ранних этапах развития . Думаю, именно поэтому особых успехов в этом случае достигнуто не было. Тем не менее - работы по клонированию мышей , несмотря на их драматичность, значительно продвинули наши знания о проблеме клонирования млекопитающих на методическом и методологическом уровнях.
А.П.Назаретян: Давайте перейдем к следующему вопросу - о возможных социальных последствиях. Сейчас естественный отбор в значительной степени заблокирован, и от поколения к поколению люди становятся все менее здоровыми.
Н.К.Янковский: Это не так. Существует закон Харди-Вайнберга, который гласит: если в большой замкнутой популяции нет отбора и других внешних направленных воздействий на набор её геномов, то частоты всех мутаций остаются постоянными в каждом поколении (включая и мутации, приводящие к развитию болезней). Такими они были и будут. Отбор может быть в какой ситуации? Предположим, СПИД распространился бы на 90% населения Земли. Тогда выживали бы и размножались бы те люди, которые генетически устойчивы к нему. Это был бы отбор. И человечество выжило бы, потому что таких людей - по их абсолютному количеству - было бы много. Если бы даже 99,9% людей погибло отСПИДа, то оставшихся было бы достаточно, чтобы создать новую популяцию. Но доля их мала. Поэтому СПИД, безусловно, - проблема для всего человечества. Земля образовалась 4,5 млрд. лет назад, клеточные формы жизни - 3,85 млрд. лет назад. Хордовые и, в частности, позвоночные - мы к ним относимся - возникли 550 млн. лет назад. А человек как вид образовался лишь около 100 000 лет назад. Это - крошечный отрезочек на оси времени. С тех пор мы - человечество - по своим генетическим возможностям почти не изменялись. И такими мы будем всегда - если не суждено почему-либо образование нового вида из вида "человек". Для популяции - группы особей, которые могут образовывать разнообразные семейные пары - частоты всех болезней постоянны.
А.Е.Седов: Однако известны популяции людей с высокими частотами тех или иных испорченных генов - например, глобинов. Сочетание массовой пренатальной диагностики с пренатальной селекцией - ранними и безболезненными абортами - дало бы возможность "почистить" генофонды таких популяций.
Н.К.Янковский: Но ведь, с другой стороны, абсолютно генетически здоровых людей нет! Посмотрев пренатально, всякого человека можно "запретить". Где семья и общество проведут эту границу? Это - вообще этическая проблема.
С.А.Боринская: А основная часть генетических нарушений отсеивается ещё до рождения ребёнка - гибнут эмбрионы. Если есть серьёзное нарушение, то эмбрион не развивается.
Н.К.Янковский: Бесплодие часто генетически задано. Прежде, чем поделиться, клетка проверяет, нет ли в ней какого-нибудь генетического повреждения. Если клетка обнаруживает, что она имеет такое повреждение, которое она не может исправить, то она включает специальные гены клеточного самоубийства. Генов таких несколько. Они служат для проверки копирования наследственной информации - готовности клетки к тому, чтобы разделиться и образовать две дочерних клетки.
А.П.Назаретян: Если я вас правильно понял, накопление генетического груза - это надуманная проблема.
Н.К.Янковский: Нет, - существует, конечно, огромное количество мутаций, возникающих при химическом или при радиационном воздействии. Но всё это в первую очередь - проблемы данного организма, лишь во вторую - его непосредственного потомства, и в гораздо меньшей степени - следующих поколений.
С.А.Боринская: Генетическое постоянство популяции, о котором упомянул Николай Казимирович, является, в частности, результатом действия отбора. Благодаря мощному "фильтру", ликвидирующему генетические дефекты ещё в период эмбрионального развития, тот генетический груз, который накопило человечество за 100 000 лет, ничтожен.
Н.К.Янковский: И все-таки и после рождения "пробивается" достаточно много мутаций, проявляющихся в наследственных болезнях. Многие из таких мутантов дают ещё потомство. Например, болезнь Альцгеймера начинает проявляться лишь в пожилом возрасте, хотя это - дефект конкретного гена, и потому она запрограммирована уже в яйцеклетке. Оставляя потомство, носители таких генных дефектов успевают передать ему больные гены прежде, чем они проявятся у них самих.
А.Е.Седов: И в случае болезни Альцгеймера пренатальные диагностика и селекция могут быть нужны: эта болезнь - прогрессирующий распад связей между нейронами в головном мозгу, приводящий к стремительному необратимому распаду личности. Кстати, гены, мутации в которых вызывают эту болезнь, в прошлом году смогли клонировать (в значительной степени - наши с Вами соотечественники-коллеги). Значит, скоро смогут обнаруживать их дефекты у ранних зародышей, а, может быть, даже и "усмирять" проявления их дефектов на генном уровне. Намечаются подходы и к другим тяжёлым наследственным болезням нервной системы - например, к хорее Гентингтона...
С.А.Боринская: Хочу еще сказать о генетическом грузе. Разнообразие человечества обеспечивает его способность адаптироваться к различным условиям. Если же всех делать одинаково "идеальными", то эта способность к адаптации исчезнет.
А.Е.Седов: На эту тему есть поучительный урок в истории генетики. Мы все знаем, что в фашистской Германии практиковалась самая жёсткая и жестокая программа негативной евгеники - массовый направленный геноцид, причём не только по расовому признаку. Истребляли также слабоумных и вообще людей с психическими дефектами. Геноцид аморален. Но, казалось бы, было некое рациональное зерно в том, что фашисты истребляли своих олигофреников, эпилептиков, маньяков, тяжелых шизофреников. Они верили, что в результате этого их собственная нация будет умнее - особенно потомки. А ведь в смягчённой форме негативная евгеника практиковалась и в Скандинавии, и в США - соответственно, в течение 30 и 50 лет. Там умственно и психически дефектных лиц не уничтожали, но принудительно и безболезненно стерилизовали. И в основе всех этих действий лежали представления о генетическом грузе. Однако исследования, проведенные после войны в США, показали, что в отношении психического здоровья людей эта концепция не только безнравственна, но и глубоко ошибочна. Американские генетики изучили вглубь до четвёртого-пятого колена генеалогии людей из большой случайной выборки на предмет явных тяжелых психопатологий, и такую же процедуру проделали с большой выборкой различных великих людей - за различные заслуги помещённых в справочник "Who is who". И оказалось, что в родне у великих людей таких патологий - в три с лишним раза больше, чем в среднем по популяции. А это значит, что если, например, запретить эпилептичке зачать и родить от шизофреника, то человечество может лишиться будущего нового гения - музыканта, художника, изобретателя или учёного. Природа сама знает, кому появляться на свет, и биологические законы проявляются сами - в любви и в выборе брачных партнёров.
А.П.Назаретян: Если я правильно вас понял, практически для общества генетические и эмбриональные технологии не составляют ни особой необходимости, ни особой проблемы.
Н.К.Янковский: А разве была у общества потребность открыть, скажем, рентгеновские лучи или генетическую рекомбинацию? Не было такой потребности. Все, что создает наука, оказывается в конечном счете полезным. Общество систематически востребует, находит применение тому, что наука порождает в результате собственной логики развития. Может ли общество без каждого отдельного открытия прожить? Если бы не открыли - прожили бы.
А.П.Назаретян: С вашей точки зрения, какие проблемы, из тех, что встанут перед человечеством, без генетической инженерии разрешиться не смогут?
Е.С.Платонов: Самые разные. Во-первых, это проблемы ранней диагностики и лечения наследственных аномалий. Во-вторых - возможности и задачи транспланталогии в расширенном понимании. Затем - это потребности фармакологии, сельского хозяйства и т.д.
А.Е.Седов: И, в-третьих, - профилактика рождений явных уродов с помощью пренатальной диагностики. Тут, конечно, встаёт морально-этическая и религиозная проблема. Какого возраста должен быть эмбрион, чтобы его считать человеком, а аборт - убийством? С зачатия? Но ведь некоторые (к счастью, немногие) генные болезни - это стопроцентный приговор ещё не родившемуся ребёнку: точно известно, что он родится уродом и очень скоро умрёт в муках! И, например, даже православные священники к допустимости абортов относятся по-разному.
Н.К.Янковский: Например, одна из таких болезней - это миодистрофия Дюшенна.
И вообще - уже сейчас мы знаем, как конкретно изменения наследственной информации связаны с некоторыми другими наследственными заболеваниями. Наверняка недалек тот день, когда будем знать это обо всех 4000 известных наследственных болезней человека. Сейчас интенсивно исследуют, как именно связаны способности к развитию тех или иных нормальных признаков с теми или иными конкретными особенностями генетического текста. Со временем будут выявлять наследственные болезни и проводить генетическую паспортизацию индивидов: многие наследственные особенности людей можно будет предсказывать еще до их рождения. Так, человеку с рассеянным вниманием общество не должно позволить стать оператором атомной станции. А другому могут посоветовать пойти в баскетбольную команду ещё тогда, когда он и ходить-то не умеет. Потому что он будет прыгать лучше всех - это задано его генетической информацией. В пределах ближайших 50 лет такие паспорта наверняка будут возможны. Они будут определять предпочтительные области, в которых человек сможет проявить себя наиболее удачно - для себя и для общества. Будут и области, в которых проявлять себя ему будет запрещено. Появятся, конечно, новые проблемы, связанные с правами человека...
А.П.Назаретян: Какие вы, как специалисты, видите здесь нравственные проблемы?
Какие опасности для общества могут нести эти биологические методы?
Н.К.Янковский: Опасность - скорее для индивида. Информация о нем - это ,вообще говоря, его собственность. А она получена техническими средствами, находится в компьютере, всем доступна...
С.А.Боринская: Здесь можно вспомнить слова Дж. Уотсона. Когда в 70-х годах широко распространились эксперименты с рекомбинантными ДНК , общество тоже сильно обеспокоилось - не будет ли какого вреда? Дж.Уотсон назвал эти опасения "советом испуганных домохозяек", а по поводу опытов высказался так: если их запрещать, то надо заодно запретить и половые сношения, потому что при них всегда происходят рекомбинации ДНК.
Л.И.Корочкин: В самой генной инженерии опасности нет. Опасность может быть в людях, которые ею пользуются. Ведь не секрет, что до недавнего времени в ряде стран предпринимались попытки создания биологического оружия на основе генно-инженерных методик и продуктов их использования. Поэтому необходим международный контроль в каких-либо эффективных формах.
Е.С.Платонов: Я бы хотел сказать вот что. Использование новых технологий в биологии и генетике, особенно затрагивающие процессы воспроизводства человека, развитие его индивидуальности, должны достойным образом контролироваться обществом. Конечно - нельзя, например, запрещать проводить исследования методами, базирующимися на клонировании. Но на определённых этапах возможно ввести мораторий - скажем, на клонирование человека - до тех пор, пока не будет серьезно разработанной технологии, пока общество не привыкнет и не выработает четких взглядов, адекватных сложности проблемы.
А.П.Назаретян: Вы не видите опасностей, способ решения которых для вас не очевиден?
А.Е.Седов: Мне представляются потенциально не безопасными сочетания клеточного и эмбрионального клонирования с технологиями рекомбинантных ДНК и с трансгенозом. Дело не столько в том, что можно создать "запланированное зло", сколько в том, что в сложных системах даже небольшие направленные и понятные изменения чреваты многообразными, серьёзными и далеко не всегда понятными и предсказуемыми последствиями. А у геномов - чрезвычайно сложная архитектоника. Мы только сейчас начинаем постигать, как устроен генетический "словарь". За 20 лет интенсивного и экспоненциально ускоряющегося секвенирования , т.е.чтения, ДНК-текстов человека, во многих лабораториях мира прочитано в совокупности около 60 миллионов нуклеотидов. Но это - ещё всего лишь около 3% его длины (из них достоверно - 2%)! И при этом мы почти ничего ещё не знаем о сложном "синтаксисе" генетических систем, проявляющемся во многих признаках организма. И вот - становится технически реальным внесение нового генетического блока - как-то скорректированного, по-новому рекомбинированного, - в сочетании с получением живого индивида... Тут есть в чём сомневаться. Однако не думаю, что эти манипуляции вообще могут быть когда-либо поставлены "на поток": этически они безнравственны, материально - не рентабельны, а логически - бессмысленны.
А.П.Назаретян: Но - предположим, что клонирование человека уже реализовано. Если оно станет массовым, то как это изменит структуру семьи? В кругу философов весьма популярен ныне Н.Федоров, философ предыдущего столетия. Он выдвигал идею, что всех когда-либо живших на Земле людей необходимо - и нравственно - воспроизвести (говоря современным языком - клонировать).
Л.И.Корочкин: Я с большим уважением отношусь к Н.Федорову, с удовольствием его иногда перечитываю. Однако он говорил не о клонировании, а об оживлении, воскрешении наших предков, полагая , что наука в ближайшее время найдет способ, как подобный план осуществить. Эти его соображения , конечно, - фантазия, или точнее, я не боюсь этого слова - бред. Однако они имели последствия, положительные для развития науки. Никто иной как Константин Циолковский воспринял их всерьез и начал думать над тем, как решить проблему перенаселенности Земного Шара после осуществления проекта Федорова. Очевидно, надлежит искать дополнительное место жительства за пределами Земли, в Космосе, туда забрасывать землян, которым не хватает места на родной планете. К чему эти размышления привели, всем известно: вклад К.Э.Циолковского в проблему освоения Космоса неоспорим и велик.
Н.К.Янковский: Клонирование и то, о чем говорите Вы, Акоп Погосович,, - совершенно разные понятия. Для клонирования берут живые клетки, заменяющие оплодотворенную яйцеклетку. И они не несут никаких заметных повреждений генетической информации. Стоит появиться хотя бы одному разрыву между двумя нуклеотидами в любой хромосоме - и не будет никакого организма. Когда организм умирает, разрывы хромосом происходят везде. Это - естественный процесс деградации. Сделать так, чтобы все эти миллионы повреждений опять правильно восстановились - нельзя. Также я хочу подчеркнуть, что конкретное проявление признака - это всегда взаимодействия наследственной информации и среды. А среду нельзя воспроизвести. Если технически возможно сделать Ленина или Гитлера - время-то теперь иное, слава Богу! Чтобы двойник Ленина проявил себя, ему необходима ещё и ситуация - такая, как накануне октябрьской революции...
       Сегодня существуют методы иммортализации ("обессмертивания") клеток. Так, лейкоциты из крови человека можно сохранить в жидком азоте. И они будут делиться. Так вот, если сделать клетки иммортализованными, из них можно будет воспроизвести новый организм через какое-то время. Но здесь - технологический вопрос, сегодня далеко не решенный. Как проверить то, что генетическая информация, обеспечивающая воспроизводство клетки, сохранилась совершенно без всяких изменений? Технически это проверить крайне сложно. А вдруг как-нибудь окажется, что какие-то изменения - для клетки совершенно не существенные - при воспроизводстве целого организма не проявятся ни в чём, - кроме, например, функционирования психики?..
С.А.Боринская: По поводу возможностей генной инженерии и ее пользы для общества. Конечно, в будущем появятся какие-то возможности, которые сейчас трудно предвидеть. Но уже сегодня генетические методы позволяют проводить проводить дородовую диагностику. У нас в стране рождаются ежегодно десятки тысяч детей с инвалидизирующими пороками развития. За последние два года больных, например, с синдромом Дауна было выявлено около 20 000 - причем на тех стадиях, когда беременность еще можно прервать. Многие семьи были избавлены от страданий, которые приносит рождение больного ребенка. Но есть и экономический эффект - пожизненное содержание одного больного с синдромом Дауна обходится государству в несколько десятков тысяч долларов. Нетрудно подсчитать, сколько денег было государству сэкономлено. Вложение средств в развитие генетического консультирования выгодно государству.
 А.Е.Седов: Именно в связи с этим в ближайшем будущем возможны позитивные изменения в стратегиях развития семей. Если раньше генетики обнаруживали, что родители являлись носителями нежелательных генов с частой проявляемостью, и сообщали им это, то такие пары боялись иметь детей или же "играли ва-банк, пройдёт - не пройдёт". Так, если один из родителей - носитель доминантного гена, или же оба - носители аллельных рецессивных генов, то степени риска (вероятности проявления этого гена у ребёнка) в первом случае - около 50%, а во втором - около 25%. А теперь в случаях многих генных болезней, благодаря их пренатальной диагностике, такие родители могут при каждом зачатии "выбрать" здорового ребёнка или же "забраковать" (абортом) заведомого урода. В таких ситуациях, в которых раньше медики-генетики говорили: "У Вас степень риска высока, и Вам не рекомендуется иметь детей", теперь они говорят: "Попробуйте. Когда произойдет зачатие, мы возьмем Вашу кровь и скажем, что у вас получилось в этот раз." При неудаче - рекомендуют сделать аборт и зачать снова. А в целом такие пары, вместо рекомендации вообще не рисковать и не иметь детей, получают реальные шансы получить здорового ребёнка при каждом зачатии. Это - огромное достижение. И здесь, полагаю, аморален сам вопрос о моральной допустимости абортов. Ведь при прогнозе неминуемого тяжёлого уродства - ответ, полагаю, очевиден...
Н.К.Янковский: Проблемы этического характера возникать, конечно, будут. В США, например, запрещено сообщать больному диагнозы тех заболеваний, которые выявляются, но не лечатся. Считается неэтичным давать человеку знание о том, что он умрёт, если нет возможностей его спасти.
А.П.Назаретян: Это - хороший аргумент в пользу того, что общество должно все-таки контролировать такие разработки, которые пока оно не может оценить по достоинству.
А.Е.Седов: Извините за нескромный - но здесь весьма уместный - пример. Мой покойный отец, профессор Е.А.Седов, опубликовавший несколько работ и в Вашем журнале, ещё в начале 1960-х гг. написал фантастический рассказ "Не хочу знать!" (увы, до сих пор не опубликованный). Сюжет его таков. Некий романтик, фанатик-исследователь, создает прибор, который по комплексным физиологическим параметрам индивида может точно предсказать дату его смерти. Первый опыт, как полагается, - на самом себе. Герой получает прогноз: жить ему осталось 27 лет. И тут вся жизнь его ломается: "часы заведены". Из жизнелюба он становится мрачным раскаивающимся страдальцем. В глубокой депрессии он порывает с любимой, отказывается от всех радостей, ломает все свои планы. И совершает самоубийство задолго до вычисленного срока - чтобы преодолеть фатальное пророчество собственного творения и оказаться сильнее его. Так нужны ли людям вообще подобные правдивые сведения о себе - не говоря уже о том, что безнравственно знать такое о других? Есть ведь врачебные тайны!
А.П.Назаретян: У меня сложилось впечатление, что вы не считаете, что методы генной, клеточной и эмбриональной инженерии могут помочь решению каких-то глобальных проблем - и вместе с тем не считаете их чем-то таким, что, в свою очередь, само может создать новые глобальные проблемы. То есть - вы достаточно осторожно, скептически относитесь к возможностям и перспективам генной инженерии?
Н.К.Янковский: Общество использует результаты любой науки и становится от них зависимым, это безусловно. Без каждого отдельного научного результата человечество могло бы прожить. Жили же люди без электричества. Другой вопрос - можно ли прожить, когда результат уже использован, внедрён в практику. По крайней мере, такие важные шаги науки приводят к фантастическим перестройкам жизни.
Л.И.Корочкин: Я не отношусь к генной инженерии скептически. Напротив, генная инженерия революционизировала биологию. Она - одно из величайших достижений человеческого разума, и прогресс в области биологии сейчас неразрывно связан с прогрессом генной инженерии. У нее огромные возможности и большое будущее. Это раздел науки XXI-го века.
А.Е.Седов: Относительно социальных опасений - есть успокаивающие соображения. Биологические системы столь сложны, что их гораздо проще испортить, сделав нежизнеспособными, чем внести в них осмысленные изменения - как целительные, так и зловредные. Ведь каждый конкретный ген или иной участок ДНК работает в сложнейших "контекстах" из тысяч других генетических элементов генома, органично "вписываясь" в них. Именно потому за 25 лет во всём мире весьма скромны практические достижения генной инженерии - как медицинской (увы!), так и военной (слава Богу!). А на надклеточном уровне большинство тех проблем, которые может поставить клонирование, уже поставлены и практикой искусственного осеменения, и практикой трансплантации органов в клиниках. Так, в Индии недавно были разоблачены большие группы "охотников" за органами и за их донорами, в которые входили и злонамеренные квалифицированные хирурги. Полагаю, что наиболее безнравственными и опасными могли бы быть программы, сочетающие оба уровня клонирования - генно-геномный и клеточно-эмбриональный - когда клетки клонируют вне организма, внося изменения в их геномы, а затем из них делают организм, имплантируя их ядра в матки. Кстати, овцу Долли клонировали подобным образом - размножали клетки в культуре, а затем имплантировали в матку овцы, ставшей суррогатной матерью - "инкубатором" для эмбриона. Правда, при этом никакой генетической инженерии, включая генную, не применяли. Вот если бы её применяли и перед имплантацией смогли бы внести в геномы клеток такие запланированные дефекты, что Долли и родилась бы, и была бы опасной... Но это, как уже сказано, почти невероятно. И - относительно такого клонирования людей: даже если отдельные падшие женщины за большие деньги и соглашались бы рожать уродов, то вряд ли такое "производство" могло бы быть поставлено "на поток" - даже в концлагерях. А в искусственных аппаратах, без живой матери - родной или же суррогатной, способной выполнить роль живого «инкубатора» (как в упомянутом романе О.Хаксли или в гротескной повести Ю.Алешковского «Николай Николаевич») - организм млекопитающего развиваться не может: матка - это сложнейший орган, через который должны осуществляться многообразные взаимодействия различных систем органов матери и развивающегося плода. Но и чисто эмбриональные технологии сегодняшнего уровня (как в случае Долли) при их перенесении на человека могли бы создать этические проблемы (не случайно в США эти работы недавно были запрещены). Например, женщины смогли бы рожать двойников кого угодно, включая (при сильном нарциссизме) и самих себя - из собственной клетки получить "сестру-дочь-близняшку" со сдвигом во времени! И мужчины при этом не нужны - как у некоторых червей, коловраток, тлей, палочников, немногих видов кавказских и южноамериканских ящериц ... - Чем не мечта феминисток? (Впрочем, всё это - лишь немногочисленные и несущественные «закоулки» путей эволюции). Но, может быть, в чём-то это и неплохо - иметь возможность родить двойника любимого человека - и этим как бы начать его жизнь сначала, "со второй попытки"?..
       А с позиций социальной практики - все обсуждаемые биотехнологии я бы классифицировал так. Есть задачи "красные" - медицинские, "белые" - продовольственные, "зелёные" - эколого-технологические, и "чёрные" - военные. Во- первых, многие "красные", "белые" и "зелёные" разработки могут быть повёрнуты в "чёрную" сторону. Например, интерферон: защита мирного населения от гриппа и других вирусов - или же средство защиты своих войск от своего же вирусного оружия. Или ген холерного токсина: в "красном" направлении работы с ним - лучший путь к разработке способов направленной инактивации этих генов в природных холерных вибрионах, в "чёрном" же - путь к страшному биологическому оружию - скажем, кишечной палочке, несущей холеру. Здоровое общество порождает здоровую "палитру" социальных заказов, в которой "чёрные" работы сведены к минимуму или вообще запрещены. К счастью, - опыт показывает, что у тех, кто "играет чёрными", ничего ещё не вышло: сама природа биосистем - против абсурдных смертоносных конструкций.
       И всё же общественности и СМИ надо быть начеку - но при непременном условии их биологической грамотности - хотя бы на уровне научно-популярных изданий! Вот и ситуация с клонированием весьма показательна. Мы уже говорили сегодня, сколь богатое прошлое у этих идей, методов и проблем. А «широкие массы» заговорили о них только-только: в который раз до них, наконец, снова «дошло» - спасибо журналистам! Вообще с естественнонаучными знаниями, и особенно с биологией, в России ситуация чудовищна. И теперь наши сограждане слышат о "третьем глазе" больше, чем о том, как работают два других, о "летающих тарелках" и пришельцах - больше, чем о реальных исследованиях, проводимых в космосе земными космонавтами, о "полтергейстах" - больше, чем об известных явлениях природы... Всем следовало бы различать, где - доказанные факты, где - смелые гипотезы, где - религиозные верования, где - творческие фантазии, а где - просто параноидный бред (кстати, по-гречески паранойя - это именно "ложные знания"). И сейчас, когда ЮНЕСКО ставит задачу широчайшего биологического образования населения Земли - и в естественнонаучных, и в технических, и в гуманитарных контекстах - в России обсуждаются проекты урезания и без того куцего курса биологии в школе! Но ведь мы все - живые организмы и просто жить не можем без многих других живых существ, без биосферы. Поэтому знания о живом необходимы всем. Вот где - реальная опасность: на фоне массового невежества бредовые картины мира и системы ценностей могут порождать и бредовые субсидируемые задачи, чреватые агрессией. Так было у фашистов: генетику они чтили и развивали, но привили на её здоровое "древо" чудовищный бредовый побег - расовую доктрину. Как это ни банально, учение - свет! И особенно - сейчас, когда лавина новых знаний и "сумм технологий" просто ошеломляет. Знаний - уже не море, как было в начале века, а огромный океан. И в нём всем нам надо уметь плавать. Ведь есть "корабли" - образовательные журналы, библиотеки, базы знаний, Интернет... И в это время "верхние эшелоны" власти России принимают бюджет на 1998 год, в котором на науку и просвещение отводится в сумме 4%, а на "оборону" - аж 21%! Знания, способные кормить, лечить, одевать и нормализовать жизнь - или армия, существующая лишь для того, чтобы разрушать и убивать или по крайней мере угрожать такими действиями (а для чего же ещё) ?
       Считаю, что основная мотивация, делающая человека учёным, и в частности генетиком, - это именно задачи с высокой морально-этической базой. И примеры тому есть. Например, как только были созданы первые рекомбинантные ДНК, именно их создатели (в частности, Пол Берг) забили тревогу и созвали в 1975 г. знаменитую конференцию в Асиломаре, чтобы ввести ограничения на собственные и подобные им исследования. Есть и примеры высочайшей этической ответственности отечественных генетиков: В.Эфроимсон, Ж.Медведев... А вот обратных примеров - даже в тоталитарных странах - мы не знаем. В общем - история показывает, что источник всех вопиющих злодейств, включая и все чудовищные эксперименты над неживой и живой природой, - это безграмотная или корыстная социально-политическая "инженерия": ущербное воспитание; информационный, эмоциональный и духовный дефицит; скудное образование; лживая пропаганда; низменные посулы и стратегии властей; извращения систем социальных приоритетов и ценностей... Всегда и везде, когда и где тем или иным властям требовалось массовое "рентабельное производство" дураков и негодяев, в ход пускалась именно такая "инженерия" - пускай и не влияющая непосредственно на генетически наследуемые свойства «воспитуемых» субъектов. И именно её проявления, столь очевидные в жизни нашей страны в нашем веке, надо блокировать в первую очередь. А творческая сила исследовательских умов коррелирует с ответственностью и с совестью. Примерами тому служат судьбы настоящих учёных на трудных поворотах истории.
 



Глава 20.
МЕТОДИКИ И ИСТОРИЯ ГЕННОЙ ИНЖЕНЕРИИ. СОЗДАНИЕ ГЕНЕТИЧЕСКИ ИЗМЕНЁННЫХ ОРГАНИЗМОВ - ИСТОЧНИКОВ ПИЩИ: ОПАСЕНИЯ И ПЕРСПЕКТИВЫ.

       Первое, о чем здесь необходимо сказать, – причём далеко не только в контексте нашей темы: наши школьные программы по биологии чудовищно отстают не только от проблем мировой науки, но и от самых её интересных практических применений. Ошеломляющие тексты о них в СМИ зачастую просто поражают безграмотностью. Потому иногда эти темы порождают неумеренные надежды, а чаще - напрасные страхи.
       Бытующее мнение о российском школьном образовании как об одном из лучших в мире - это самонадеянный и всё более вредоносный миф, особенно в отношении биологии. (Сужу так неспроста: будучи генетиком, 26 лет работаю в МГУ и в институтах нашей Академии Наук, а в течение последних 5 лет ещё и читаю лекции по различным разделам современной биологии учителям Москвы, повышающим свою квалификацию; 4 года заведовал кафедрой МИПКРО). Ведь даже самым «свежим» сюжетам из наших вновь и вновь переиздаваемых федеральных школьных учебников, программ и стандартов по биологии – уже 40 лет! (Исключение - лишь 3 весьма «невнятных» странички про генную инженерию в учебнике общей биологии.). Да и занимает наша наука в российском образовании куда более скромное место, чем в массовом сознании и в картине мира современного человека.
       А между тем биология развивается удивительными, фантастическими темпами: по мнению специалистов, именно за последние четверть века она на 90% стала точной наукой – особенно в разделах, связанных с биологией клетки и генетикой. И ведь каждый из нас – её объект!.. Что, если бы школьную химию преподавали такой, какой она была до создания таблицы Менделеева? Именно столь ущербной стала теперь наша школьная биология. Самые по-детски простые, обывательские встречи со многими растениями и животными - конфуз даже для отличников. Так, «загадки» для наших юношей и девушек - орхидеи и каллы в магазинах цветов, кальмары и голотурии (кукумарии) в продовольственных магазинах. Ведь в школьной ботанике нет цветковых растений подавляющего большинства семейств, включая орхидные и ароидные, а в зоологии – большинства классов и даже типов, включая головоногих моллюсков и иглокожих. И уж совсем мало кто из школьников знает, что цветы этих семейств растут в России, в частности в подмосковных лесах и болотах, а этих животных промышляют в морях, окружающих нашу страну!
       Что уж говорить о новых фундаментальных биологических знаниях, добытых за последние десятилетия - о биологии клетки, о том, как устроены и работают гены, как развиваются живые организмы, как работает мозг, как происходит эволюция? Ведь наиболее устарели и, более того, полны серьёзных неточностей и даже грубых ошибок именно те страницы учебников, которые посвящены основам генетики, биологии развития, нейробиологии, эволюционным концепциям. А вот федеральный школьный учебник США по биологии “Life Sciences” полон разнообразных новейших сведений – преподаваемых пусть иногда и весьма упрощённо, но всегда верно, занимательно и в самых разнообразных аспектах, важных для современного жителя Земли. Замечательны там и иллюстрации – как технически, так и концептуально.
       Да и научно-популярной литературы по этим темам у нас почти нет. Многие наши коллеги и рады бы создать такие книги, да авторские гонорары позорно малы, а книгоиздатели всё больше жаждут триллеров. В США и во многих странах Европы культура популяризации научных знаний стала куда выше отечественной. А ведь именно у нас научно-популярный жанр был так силён!..
       Вот эта-то неосведомлённость наших земляков и порождает фантастические взгляды на многое – в частности, и на пищу, изготовляемую из генетически изменённых организмов. Ведь их создали и создают методами генной инженерии, а ей – всего лишь 30 лет. Именно потому, что эти темы обойдены нашей школьной программой и «не по зубам» «науч-попу», обыватели, журналисты и политики России лишь «слышали звон» о них в СМИ, да и то – издалека и очень искажённо. Потому-то и рождаются разные странные надежды и страшные мифы. Попробуем хоть немного восполнить эти пробелы этой статьёй.
       Все живые организмы делятся на бактерий, одноклеточных эукариот, растений, грибов и животных. (Вирусы – это «квази-жизнь»: они не способны ни к размножению, ни к обмену веществ вне живых клеток кого-либо из этих организмов). Мы, люди, едим различных представителей всех этих групп; вся наша пища, кроме поваренной соли, - это тела живых существ. Одна из важнейших особенностей живого – наличие в нём информационных макромолекул: ДНК, РНК и белков. Именно они обладают индивидуальностью, специфичностью, потому что в принципе сходны с текстами: в их разнообразных линейных последовательностях «букв» - мономеров (нуклеотидов в ДНК и РНК, аминокислот в белках) закодированы их биологические смыслы. И, хотя в организмах немало и таких маленьких молекул, которых нет в неживых объектах, в основном биохимическую информацию несут именно эти длинные тексты. Её-то и боятся противники молекулярных биотехнологий и, в частности, генетически изменений в источниках продуктов.
       Вообще-то структуры этих молекул в своей еде люди изменяли всегда – с тех пор, как овладели огнём и стали жарить и варить пищу, денатурируя этим её белки и прочие биополимеры. Издавна и часто живые клетки одних поедаемых организмов взаимодействуют с клетками и молекулами других: дрожжи с суслом и соками - при пивоварении и виноделии, лактобациллы, бифидобактерии и молочные дрожжи – при изготовлении разнообразных молочнокислых продуктов. Суть кулинарии любых времён и народов – это искусство смешивать биологические молекулы разных видов в многочисленных и непредсказуемых сочетаниях – как при приготовлении разнообразной пищи, так и в желудках и кишечниках при её поедании. И уже более трёхсот лет - с Эпохи великих географических открытий - народы разных континентов открывают для себя и едят новые разнообразные овощи, фрукты и пряности, которые до того освоили другие цивилизации Земли во множестве центров происхождения культурных растений, открытых Н.И.Вавиловым. Если биополимеры при пищеварении не распадаются или распадаются не до конца, то все съеденные бактерии, растения, животные и грибы уже могли внести немало новой биологической информации в желудки и кишечники, а затем и в прочие части тел наших предков.
       Генетически изменённые организмы тоже получены задолго до генной инженерии: веками их выводили селекционеры, а в течение 20 века и учёные-генетики – наблюдая или вызывая различные мутации у сельскохозяйственных растений и животных, а также промышленных микроорганизмов, скрещивая и отбирая их. Но в целом это был «полуслепой» поиск с очень ограниченными возможностями: ещё не умели выделять из одних организмов, размножать и направленно вводить в другие организмы конкретные гены с нужными биологическими свойствами. И потому сейчас «генетически изменёнными» принято называть лишь живые изделия генных инженеров.
       А вот выражение «генетически модифицированные организмы» («ГМО») с лёгкой руки плохих переводчиков и биологически безграмотных законодателей повсеместно вошедшее не только в лексикон и в СМИ, но и в наши законы, - просто абсурдно. Ведь термин «модификации», введённый в биологию ещё в 1884 г. Карлом Негели, означает именно явления, прямо противоположные всему тому, о чём здесь идёт речь. Модификациями называются лишь не наследуемые вариации работы и проявлений уже имеющихся в организме генов, вызываемые изменениями внешней среды - в отличие от изменений в генетических структурах: мутаций и лежащих в основе генной инженерии рекомбинаций. (Это, кстати, есть даже в школьных учебниках.). А английское “modified” – не только термин, но и обиходное слово. В нашем контексте оно означает «отчасти изменённые», в отличие от “changed” и “altered” – «заменённые» и «полностью изменённые». Поэтому по-русски «генетически модифицированные» - столь же осмысленное выражение, как «жареный лёд». Давайте говорить «генетически изменённые», или же, точнее, - «трансгенные». Трансгенозом называют такие процедуры введения выбранных генов из одних организмов в клетки других, многоклеточных, в результате которых эти введённые гены надёжно наследуются потомством и работают.
       Здесь нам необходимо вкратце разобраться в сути генной инженерии - чтобы понимать, как и зачем можно и нельзя генетически изменить поедаемые нами растения и животных - да и не только это.
       Генная инженерия – это огромная группа молекулярных биотехнологий. Будучи не столько совокупностью знаний о наследственности, сколько «суммой технологий» (по образному выражению польского фантаста-философа С.Лема), она позволяет не только получать эти знания, но и конструировать организмы с новыми наследуемыми свойствами. В этом году ей исполняется лишь 30 лет, а открыто и создано так много! Сейчас используют сотни новых точных методов манипулирования с ДНК, РНК, белками и клетками, в каждом конкретном исследовании или проекте выстроенных в красивые логические цепочки. В нашем контексте - важно понимать, что генные инженеры не создают никаких новых свойств живого - ни новых генов, ни новых белков, в том числе и опасных. Они лишь выделяют из геномов разных организмов уже созданные сотнями миллионов лет эволюции нуклеотидные последовательности ДНК (в том числе гены и их участки), или же делают аналогичные генам ДНК-копии с РНК. Их разрезают и сшивают в новых комбинациях. Именно поэтому методы генной инженерии называют ещё технологиями рекомбинантных ДНК. Эти конструкции вводят в другие клетки и организмы, часто эволюционно очень далёкие от организмов – доноров пересаживаемых ДНК, и заставляют в них работать. В наследственных программах нет систем, отторгающих чужеродные ДНК. Поэтому в пробирке можно конструировать разные хитроумные системы из кусков ДНК, взятых у разных организмов и выполняющих разные функции, размножать их в чужих клетках, а в случаях удач - заставлять производить в них разные нужные белки и вызывать другие нужные события. Девизом генной инженерии могут служить строки Б.Окуджавы о пиджаке: «…перекроите всё иначе. Сулит мне новые удачи искусство кройки и шитья». Но, в отличие от плоских и объёмных выкроек портных, генные инженеры работают лишь с «ниточками-текстами» - ДНК и РНК из разных организмов. Объёмные клеточные структуры получаются уже из белков, которые кодируются этими молекулами. А можно ли создать непредсказуемо-новое, лишь комбинируя старое? ...
       Методы генной инженерии точны и логически красивы потому, что лишь ДНК и РНК обладают четырьмя «волшебными» свойствами.
 (1). ДНК можно разрезать поперёк по определённым коротким участкам молекул-«текстов» - чтобы затем разделять полученные фрагменты, разными способами изучать их генетические свойства и сшивать их в новых комбинациях по таким же участкам разрезов. А режут их разными рестриктазами – ферментами, которыми в природе бактерии многих видов разрезают ДНК других видов, защищаясь от них. Таких бактерий выращивают специально, чтобы выделять из них рестриктазы. Существуют сотни разных рестриктаз и около ста различных разрезаемых ими участков текстов, длины которых - от 6 до 12 нуклеотидов. Нередко для разрезов и сшиваний ДНК используют разные комбинации из нескольких различных рестриктаз. Сшивают рестрикционные фрагменты другим ферментом – ДНК-лигазой, которую производит вирус кишечной палочки – бактериофаг Т4. В «хирургическом наборе» генного инженера есть ещё ферменты концевые экзонуклеазы, которыми можно нуклеотид за нуклеотидом «обгрызать» с того или иного конца тот или иной изучаемый фрагмент ДНК, чтобы затем посмотреть, как работает в живых клетках его остающаяся часть. Есть киназа, которой к концу ДНК пришивают радиоактивный изотоп или иную метку, и прочие ферменты, работающие на ДНК.
(2). Фрагменты ДНК и РНК можно разделять по длинам, при этом измеряя их, а затем препаративно выделять каждый из этих разных фрагментов. Для этого используют электрофорез. В специальную прямоугольную форму заливают гель – агарозу или полиакриламид. В нём с одной стороны специальной «гребёнкой» делают ряд лунок, в них вносят пробы ДНК или РНК и подключают постоянный электрический ток – слабый, но с большим напряжением – так, чтобы «плюс» находился со стороны, противоположной лункам. Фрагменты ДНК или РНК, грубо говоря, генетически – тексты, а физически – ниточки, равномерно отрицательно заряженные по всей длине. Поэтому в геле они двигаются к «плюсу». Гель внешне – желе, а на молекулярном уровне – объёмная сетка, причём величину её отверстий можно выбирать, беря при заливке геля ту или иную концентрацию раствора. В одном и том же геле чем короче фрагменты, тем быстрее они движутся к «плюсу»: им легче проходить через отверстия геля. В зависимости от концентрации геля и от времени действия тока разделяются группы фрагментов в разных диапазонах длин – от десятков до нескольких тысяч нуклеотидов. Затем гель красят флуоресцентным красителем, связывающимся только с ДНК и РНК, - этидий-бромидом, - и под ультрафиолетовым светом видят светящиеся оранжевые полоски. Каждая полоска – это огромное множество фрагментов строго определённой длины, а расстояния между такими полосками позволяют точно измерить длины фрагментов каждой из полосок. Затем нужные фрагменты разными способами извлекают из геля, отмывают от красителя и работают с ними. В основе методов «чтения» (секвенирования) любых нуклеотидных последовательностей ДНК и РНК тоже лежит очень точный электрофорез: ДНК или РНК обрабатывают параллельно несколькими специальными группами реактивов, каждая из которых разрывает молекулы лишь по одному определённому нуклеотиду из четырёх, электрофорезом узнают длины отрезков с точностью до нуклеотида, а по ним - их последовательность в исходной молекуле.
(3). С каждого фрагмента ДНК или РНК можно делать множество копий. Для этого выделяют и используют ферменты полимеразы. В живых клетках они работают при удвоении (репликации) ДНК, происходящем перед делением клеток ДНК (ДНК-зависимые ДНК-полимеразы, или репликазы); при изготовлении с того или иного гена РНК-копий, которые затем несут в рибосомы информацию для синтеза соответствующего белка (РНК-полимеразы); для изготовления ДНК-копий с разных РНК (обратные транскриптазы, или ревертазы). Репликазы используют как «живьём» - когда векторы (о которых речь ниже) размножают в живых клетках, так и выделенные – в пробирках с ДНК. С 1988 года настоящую методическую революцию совершило изобретение полимеразной цепной реакции (ПЦР), позволяющей избирательно получать множество копий с того или иного выбранного участка ДНК прямо из целого генома: можно не только не разделять геном (ДНК) на фрагменты, но даже почти не очищать его от белков и прочих компонентов клетки. Для проведения ПЦР нужны лишь короткие участки ДНК, способные к молекулярной гибридизации (см. ниже) с концами копируемого участка, специальная «теплолюбивая» репликаза, исходные «буквы» -нуклеотиды и специальный автомат. Ревертазы тоже остро необходимы генным инженерам: клетки бактерий, в которых в основном исследуют работу разных генов, не очень-то хорошо «понимают» смыслы текстов в генах растений, грибов и животных. А ДНК-копии с их РНК – пожалуйста! К тому же РНК – очень хрупкие молекулы, а с ДНК работать проще.
(4). Мечеными копиями любого фрагмента ДНК или РНК - длиной начиная с нескольких десятков нуклеотидов - можно найти и выбрать такую же или сходную последовательность нуклеотидов из сложной совокупности ДНК или РНК. Ведь ДНК – это двойная спираль, одна продольная половинка которой дополнительна (комплементарна) другой, а РНК – это комплементарная копия с гена - участка одной из половинок ДНК. При нагревании в специальных растворах комплементарные половинки расстёгиваются подобно застёжке-«молнии» (только «зубчики»-нуклеотиды в ДНК и в РНК – разные; именно разные последовательности из 4 видов нуклеотидов и несут разные генетические смыслы). К этим «расстёгнутым» местам можно комплементарно «пристегнуть» зонды - фрагменты ДНК или РНК, такие же, как эти, или очень похожие на них. Зонды берут из уже изученных мест ДНК – и таким образом находят похожие гены у других организмов, соседние с уже известными генами места и многое другое. В результате информация о новых выловленных участках ДНК растёт как снежный ком. Зонды метят изотопом или флуоресцентным красителем и проводят «молекулярную гибридизацию» - так метафорически окрестили этот биохимический метод, конечно же, лишь отдалённо похожий на гибридизацию-скрещивание каких-либо живых существ. Так, измеряя количество метки, в растворах или на специальных фильтрах можно определять количество молекул-текстов, похожих на тот или иной зонд. А можно глазами видеть, где именно находятся искомые участки: в которых из отпечатков ДНК клонов бактерий с чашек Петри есть такие вставки ( в векторах – см.ниже); в каких именно местах каких хромосом на микроскопических препаратах клеток они расположены; в каких из полос ДНК или РНК на отпечатках-смывах с электрофорезных гелей они есть…
       Для генно-инженерного исследования и/или проекта нужны три компонента. (А). «Донорский» материал - гены и прочие (не кодирующие белков) последовательности ДНК, - искомые, выделяемые, вводимые в новые клетки и многоклеточные организмы (включая используемые для трансгеноза), в них размножаемые и иногда работающие. Их либо вырезают рестриктазами из полной ДНК того или иного генома, клонируют в тех или иных векторах (см. ниже) и выбирают с помощью молекулярной гибридизации, либо копируют методом ПЦР (см. выше). (Б). Векторы – специально создаваемые ДНК- конструкции для размножения и работы в них разных других участков ДНК. Векторы конструируют тоже методами генной инженерии - из природных наследственных структур, автономно размножающихся в клетках: их вирусов и маленьких хромосомок – плазмид. В векторе обязательно есть следующие участки ДНК.
1). один или несколько репликаторов – мест, необходимых для его репликационного размножения; 2). места для разрезания рестриктазами, в которые можно вставлять гены; 3). один или несколько разных генов устойчивости к вредным веществам, часто к антибиотикам, с помощью которых можно поддерживать рост лишь тех клеток, в которых эти векторы есть. Векторы бывают: мультикопийные - для размножения вставок в больших количествах; экспрессионные – для того, чтобы вставляемые в них гены сильно работали (в них места рестрикций помещают рядом с сильными промоторами – «включателями» работы генов);
интегративные - способные вставляться в хромосомы клеток-хозяев, так как они имеют места, сходные с участками этих хромосом; челночные – для работы одних и тех же или разных генов в клетках совершенно разных организмов. Векторов сконструированы тысячи; в некоторых из них эти свойства сочетаются. В зависимости от выбранных векторов, в них можно размножать в составе живых клеток (клонировать) фрагменты ДНК в разных диапазонах длин – от десятков нуклеотидов до сотен тысяч. Векторы для растений делают из природных так называемых Ti-плазмид. Они размножаются в бактериях Agrobacterium tumefaciens, которые трансформируют клетки растений с образованием особых опухолей, безвредных для человека.
 (В). Клетки-хозяева – реципиенты; в них вводят векторы со вставками, чтобы размножать выделенные фрагменты ДНК и изучать их работу в новых системах. Введение векторов и прочих чужеродных ДНК в клетки – их трансформацию – осуществляют, обработав клетки солями кальция или лития или воздействуя на них электрическим током. После этого ДНК может легко проникать сквозь их оболочки и мембраны. Или же мельчайшие частицы золота – размерами немногим больше молекул белков – покрывают нужными фрагментами ДНК или векторами со вставками, а ими «обстреливают» клетки из специальных «генетических пушек». Эти «золотые ядра» пробивают стенки клеток, не повреждая, и вносят нужные кусочки ДНК в их геномы. Используют ещё микроинъекции ДНК в клетки и введение в них липосом, содержащих ДНК.
       С трансгенозом растений – попроще: многие из них можно выращивать из одиночных клеток, которые трансформируют в культурах (в пробирках), размножают на чашках Петри, а затем превращают в целые растения. Животным ДНК-материал для трансгеноза вводят чаще всего в оплодотворённые яйцеклетки или в очень ранние эмбрионы; у млекопитающих затем начинающие развиваться зародыши имплантируют самкам в матки.
       Остаётся добавить, что часто нужные гены в живых клетках ищут, начиная с их продуктов – специфических белков. Если вводить любой чужой белок в кровь млекопитающего (обычно для этого используют кроликов), то его иммунная система вырабатывает аллергические «противо-белки» (антитела - иммуноглобулины), способные связываться лишь с этим белком – аллергеном, чтобы подавлять его проявления. (Его называют «антигеном», но это – вовсе не ген, а белок). Любое антитело можно тоже пометить изотопами или красителями – и, если ген работает, то находить не его самого «молекулярной гибридизацией», а его белковый продукт меченым, а потому наблюдаемым, зондом-антителом. Выделив белок, можно прочитать последовательность его аминокислот, а по ней – определить и синтезировать специфический ДНК-зонд. Существуют и специальные автоматы-синтезаторы ДНК: в них клавишами набирают ту или иную нужную последовательность нуклеотидов, а затем синтезируют соответствующие короткие отрезки ДНК. Здесь надо сказать, что такой синтез – по крайней мере пока – очень далек до моделирования белков с задаваемыми структурами и свойствами.
       Теперь – когда мы примерно представляем себе, как среди тысяч генов организма находят нужный ген, как его вырезают, выделяют, вставляют в вектор, вводят в клетки и размножают (клонируют) в растущей клеточной популяции – можно достаточно разумно обсудить трансгенные организмы и продукты из них.
       Вот краткая история тех шагов нашей науки, которые касаются нашего сюжета.
1917 - инженер Карл Эреки ввёл термин «биотехнология».
1944 - Эвери, Мак-Леод и МакКарти показали, что генетический материал – это ДНК.
1953 – Дж.Уотсон и Ф.Крик определили структуру молекулы ДНК – двойную спираль; её принципы лежат в основе её размножения,
снятия РНК-копий с генов и прочих генетических процессов.
1961 - учреждён журнал «Biotechnology and Bioengineering”.
1961-1966 - расшифрован генетический триплетный ДНК-РНК-белковый код (см. школьный учебник!).
1970 – выделена первая рестриктаза.
1973 – Г.Бойер и С.Коэн положили начало технологии рекомбинантных ДНК.
1974-1975 – один из первых генных инженеров - П.Берг - поднял тревогу о возможной генетической опасности; по инициативе самих генетиков прошла крупная международная конференция на эту тему в Асиломаре (Калифорния, США).
1976 – в Национальных институтах здоровья США (NIH) разработаны правила техники безопасности работ с рекомбинантными ДНК (в 1980 г. там же на основании тысяч экспериментов оцененные как излишняя «перестраховка»).
1976-1977 – разработаны методы определения нуклеотидных последовательностей (секвенирования) любых ДНК.
1978 – фирма “Genentech” выпустила инсулин человека, ген которого был клонирован и производил его в культуре клеток бактерии (кишечной палочки) в промышленных масштабах.
1979 – впервые в СССР опубликованы для специального пользования правила техники безопасности для генных инженеров - почти нигде не выполнявшиеся.
1980 – Верховный суд США на примере «дела генных инженеров» вынес вердикт о том, что можно патентовать штаммы микроорганизмов, полученные методами генной инженерии; на Нью-Йоркской фондовой бирже 15.10.80 за 20 минут стоимость каждой из 528 000 акций фирмы ”Genentech” выросла втрое (!).
1981 – поступили в продажу автоматические синтезаторы ДНК.
1982 – в США (в NIH-Recombinant Advisory Committee) впервые поступили заявки на проведение полевых испытаний трансгенных организмов: кукурузы, табака и бактерии-псевдомонады, защищающей растения от заморозков; в Европе разрешена первая вакцина для животных, полученная методами генной инженерии.
1983 – для трансформации растений применены гибридные Ti-плазмиды; компания «Монсанто» начала активно создавать и внедрять трансгенные растения.
1985-1988 – создан, а затем и внедрён в исследования и в биотехнологическое конструирование, метод ПЦР.
1990 – в США утверждён план испытаний генной терапии с использованием соматических клеток человека; официально начаты работы над всемирным проектом «Геном человека».
1994 - началось промышленное производство и распространение трансгенных растений.
 Определены (секвенированы) полные нуклеотидные последовательности геномов:
1994 – бактерии - кишечной палочки;
1996 – одноклеточного высшего организма – пивных дрожжей Saccharomyces cerevisiae.
1998 – сравнительно простого многоклеточного животного – круглого червя Coenorhabditis elegans; за 8 лет в патентные ведомства всего мира подано более 5000 заявок на используемые полноразмерные гены, примерно на 1500 из них выданы патенты.
1999 – 2002 - мухи дрозофилы, мыши, человека.
       Человечество возлагает большие надежды на молекулярные биотехнологии - в следующих разнообразных направлениях:
1). на создание микроорганизмов, производящих различные химические соединения, аминокислоты, ферменты, а также – перерабатывающих отходы, которые загрязняют окружающую среду;
 2). на точную диагностику, профилактику и лечение буквально тысяч инфекционных и генетических заболеваний;
3). на значительное повышение урожайности самых разных сельскохозяйственных культур путём создания растений, устойчивых к вредителям, грибковым и вирусным заболеваниям, к вредным воздействиям окружающей среды; уже созданы сорта, устойчивые к окислительному и солевому стрессам, к ядохимикатам, - а также к старению; разным растениям уже придают морозоустойчивость, ускоряют сроки созревания, улучшают вкусовые качества и внешний вид плодов, изменяют окраски цветов;
4). на создание пород сельскохозяйственных и других животных с улучшенными наследуемыми признаками.
       При работах в направлениях 3) и 4) и создают трансгенные пищевые растения и животных. Здесь уже сделано многое, о чём речь ниже. А перспектив – неизмеримо больше.
Чего же при этом опасаются?
1). не будут ли трансгенные организмы оказывать вредное воздействие на другие живые организмы и/или на окружающую среду?
2). не приведёт ли их создание и распространение к уменьшению природного генетического разнообразия?
3). правомочно ли генно-инженерными методами изменять генетическую природу человека?
4). не нарушит ли применение новых методов молекулярной диагностики прав человека на неприкосновенность частной жизни?
5). не вытеснят ли эти новые методы из медицинской практики более традиционные, но не менее эффективные методы лечения?
6). не будет ли активное финансирование молекулярных биотехнологий сдерживать развитие других важных технологий?
7). не нанесёт ли она вред традиционному сельскому хозяйству, не будет ли способствовать социальному неравенству?
8). не станет ли борьба за приоритеты, патенты и финансовые блага сдерживать свободное развитие науки?
       Теперь – о трансгенозе сельскохозяйственных растений и животных, идущих в пищу. Велик список растений, трансгеноз которых удачен. На 1998 г. это - арабидопсис, баклажан, банан, батат, бобы, виноград, гвоздика, горох, груша, ежа сборная, ели европейская и канадская, жемчужное просо, земляника, земляной орех, канола, капуста, картофель, киви, клюква, кукуруза, латук, лён, лилии, лотос, люцерна, морковь, овёс, овсянницы высокая и красная, огурец, орхидеи, папайя, петуния, пион, подорожник, подсолнечник, пшеница, рис, рожь, сахарная свёкла, сахарный тростник, соевые бобы, солодка, сорго, спаржа, табак, томат, тополь, хлопок, яблоня, ячмень. Названий донорных генов и кодируемых ими белков – масса, и для популяризации они слишком сложны. Однако - поверьте, дорогие читатели: все они нужны, и вредоносных среди них нет. Коснёмся сути лишь нескольких направлений таких работ, наиболее «пугающих народ».
       Бацилла Bacillus thuringiensis паразитирует на насекомых, вырабатывая специальные белки, нарушающие синтез хитина в их телах. Интересно то, что есть разные генетические линии этой бациллы, имеющие разные «джентльменские наборы» этих генов и белков: одни убивают только жуков, другие – только бабочек, третьи – только мух. Представители всех этих отрядов насекомых есть среди сельскохозяйственных вредителей. Такие гены вводят в геномы растений – и тогда растения могут сами, без ядохимикатов, убивать выбранных насекомых-врагов: их личинки на них не развиваются. Так, по словам академика РАСХН К.Г.Скрябина, и поныне картофельные поля Германии ясно обозначают бывшую границу между ГДР и ФРГ. Западные поля с американскими трансгенными сортами - целёхоньки, а восточные, с «социалистическими» сортами, - поедены колорадским жуком. Поедать гены бацилл публика боится: а вдруг они заработают в наших организмах и уморят нас, как насекомых? Однако, во-первых, в организмах млекопитающих, включая нас с вами, нигде нет хитина. Во-вторых, эти гены работают и белки синтезируются лишь при температурах около 20*С; при температуре нашего тела эти гены «молчат» и потому их белки отсутствуют.
       Другой тревожащий публику сюжет – это выращивание растений, в результате трансгеноза устойчивых к определённым гербицидам (например, к глифосфату, к Round-up), на фоне применения самих этих ядов – для борьбы с сорняками. Заметим, что в этом «бинарном оружии» основное зло – это химически синтезированные яды, а не созданные природой гены. Но всё-таки здесь есть о чём подумать. Например, из капусты такие гены могли бы «перепрыгнуть» с её пыльцой на рыльца пестиков её диких родственников– например, сурепки и дикой редьки – оплодотворить их и так распространиться в природе. Однако и здесь, чтобы эти гены сохранялись далее в поколениях диких растений, нужно давление отбора на них - опять же соответствующие ядохимикаты. Без них эти гены исчезнут как ненужные – подобно тому, как после прекращения терапии антибиотиками из организмов больных исчезают штаммы инфекционных бактерий, содержащие вредоносные плазмиды устойчивости именно к этим антибиотикам. Конечно, соответствующие контрольные опыты делать необходимо. Генетики должны проводить их – и всегда проводят.
       У генной инженерии – много впечатляющих и необычных удач. Вот примеры. Ген белка-«антифриза» из антарктической холодноводной рыбы, благодаря которому в её клетках не образуется лёд, ввели в геном помидора - и он тоже стал холодостойким. В тех районах Индокитая, где выращивают рис, плохо растёт морковь, и потому местное население страдает дефицитом каротина – витамина А. Поэтому в геном риса ввели гены моркови, в которых закодированы ферменты синтеза каротина, и теперь такой «золотой рис» спасает жителей этих мест от авитаминоза А. По оценкам специалистов, себестоимость трансгенных зерновых - на 20% ниже, чем не трансгенных, а с учётом распространения соответствующих технологий в смежные отрасли растениеводства – ещё больше. Очень перспективны трансгенные растения - «живые вакцины» и животные – «живые ферментёры». О «живых вакцинах» и прочих лекарствах, которые выращивают теперь в трансгенных растениях, повествует Дан Фербер в статье, опубликованной в этом же номере нашего журнала. Думаю, что и их, и трансгенных животных в целом боятся зря. Если лекарственный белок или какая-либо ещё биомолекула синтезирована тем или иным способом, то надо не исследовать её происхождение, а проверять, идентична она желаемому препарату или нет: имеет ли абсолютно ту же структуру и хорошо ли очищена от нежелательных примесей - тогда, когда такие вообще есть (скажем, если желаемый ген нужно было сшить с куском бактериального, и потому сначала синтезируется химерный белок.). В США, а с июня этого года и в Европе, рассуждают именно так, и потому теперь даже не ставят маркировок на продуктах из трансгенных растений и животных.
       Отрасль эта стремительно развивается. В мире в неё уже инвестируют миллиарды долларов в год, а доходы от неё – куда больше. Три года назад трансгенными уже были 65% сои, выращиваемой человечеством, а в целом площадь под посевами трансгенных растений вдвое превышала Британские острова. Сейчас такие растения выращивают в промышленных масштабах уже в 16 странах, среди которых – США (на 1996 г. - 66% трансгенных урожаев мира), Аргентина (23%), Канада (6%), Китай (4%), Австралия, а с этого года – и страны Европейского Сообщества. В июле этого года в Риме Комиссии ООН по вопросам продовольствия и сельского хозяйства (ФАО) и Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ) по разработке пищевых стандартов одобрили стандарты для генетически изменённых организмов – источников продуктов питания. В России, по принятым в 1995-96 гг. законам, можно использовать импортные трансгенные растения (несколько сортов сои, картофеля, кукурузы и сахарной свёклы), но нельзя создавать и внедрять свои. Эта абсурдная ситуация очень выгодна лишь импортёрам. А российским производителям «рутинных» гербицидов и инсектицидов вообще очень выгодно, чтобы народ боялся любых продуктов из трансгенных организмов…
       Несколько слов о трансгенных животных - «живых ферментёрах», или «биореакторах». В геномы разных млекопитающих под промоторы тех генов, которые кодируют специфические белки молока, ввели гены, кодирующие разные лекарственные белки. Очень многое сделано на коровах. Получены и такие овцы, козы, свиньи. В результате пациенты пьют их молоко – и лечатся. Не всегда трансгенные животные отличаются завидным здоровьем, но все получаемые в их молоке белки вполне хороши. Белки эти – и казеин молока (важный для сыроварения), и разные белки сыворотки крови, включая разные глобины (при анемиях они дефектны), иммуноглобулины для борьбы с инфекциями, факторы свёртывания крови. Так, получено стадо генетически одинаковых свиноматок с геном человеческого антитромбинового фактора VIII, в молоке которых много этого белка. Именно его-то и не хватает при гемофилии – наследственной несвёртываемости крови, приводящей как к тяжёлым кровотечениям из любых ранок, так и к смертельно опасным внутренним кровоизлияниям. Подсчитано, что молока от стада от 300 до 600 таких свинок достаточно, чтобы избавить от проявлений болезни всех гемофиликов Земли. И думаю, что если такие свиньи-«биореакторы» появились бы лет на 90 раньше и лишь одна такая свинка поила бы российского царевича-гемофилика Алексея, то Распутин при царском дворе был бы не нужен, а потому большевики не совершили бы революцию, и вся наша история была бы более удачной… Трансгенные свиньи, несущие человеческий ген ингибитора комплемента и лишённые собственного поверхностного белка клеток, - очень перспективные доноры клеток и целых органов для ксенотрансплантаций – пересадок их органов больным людям. Получают и трансгенных птиц (кур и перепелов) - устойчивых к вирусным инфекциям и кокцидиозам, с повышенной усвояемостью пищи, сниженным уровнем жира и холестерина в яйцах, улучшенным мясом. Яйца птиц – также перспективный источник лекарственных трансгенов под промотором гена специфического белка яиц – овальбумина. Трансгенные рыбы (лососи) с введённым геном гормона роста, усиленным чужими промоторами, весят в 11 раз больше, чем их обычные собратья; в перспективые – тоже гены устойчивости рыб к разным болезням и стрессам.
       Стоит ли бояться продуктов из трансгенных организмов? По-моему, нет. Скорее всего, при пищеварении все кодирующие макромолекулы которые мы едим, (ДНК, РНК, белки), распадаются до «букв» - мономеров (нуклеотидов и аминокислот). Но тогда они не несут никакой информации ни в клетки рта, пищевода, желудка и кишок, ни в прочие клетки организма. Или же они распадаются там не до конца. В школах этого не обсуждают, но это вполне резонно: ведь теперь некоторые болезни лечат пилюлями, содержащими фрагменты специальных белков. Но тогда мы уже давным-давно – тысячелетиями! - повязаны генетическим родством с бифидо- и лактобактериями, дрожжами, горохом, кукурузой, яблоками, грушами, вишнями, сливами, капустой, морковью, апельсинами, устрицами, а также с недоваренными и недожаренными раками, крабами, рыбами, лягушками, курами, утками, гусями, свиньями, баранами, коровами, и со всеми прочими милыми тварями, коих имеем честь пожирать. А потому ничего нового, ужасного, генная инженерия не даёт и не даст.
       Тогда "проблемны" лишь те (т.е. “состыкованные”) химерные гены и белки, некоторые компоненты которых могут быть вредоносны или непредсказуемы. Но и это - не повод для тревог: ведь они легко могли и могут возникать в обычной эволюции всюду, где геномы физически соприкасаются. А таких событий - задолго до 1973 г., когда родилась генная инженерия - было и остаётся в живой природе полным-полно. Палеонтологи с генетиками доказали, что всё это "возмутительное ДНК-РНК-безобразие", длится не менее 4,5 млрд.лет - всю историю жизни на Земле разные геномы физически встречались, взаимодействовали, а порою и порождали новые огромные группы живых существ. Таковы, например, все эукариоты: растения, животные и грибы. Один из величайших биологов Земли - автор модели ДНК, специалист по работе генов и мозга Нобелевский лауреат Френсис Крик, - сказал, что если запрещать технологии рекомбинантных ДНК, то надо запретить и половое размножение, ибо оно тоже базируется на рекомбинациях ДНК – кроссинговере. (Он-то в школьной программе есть!). «Из кувшина может вытечь только то, что было в нём», а из гена – только те биологические свойства, которые закодированы в нём. Чужие клетки могут либо «не понять» его вообще, либо синтезировать лишь то, что в нём «записано» природой. Ведь триплетный белок-кодирующий ДНК-РНК код универсален, и в любой клетке любого организма конкретный «текст» на нём значит одно и то же. Скажем, если детали пылесосов пересаживать в радиоприёмники, то даже если они подойдут, то оружия из таких «гибридов» никогда не получится. Достоверных медицинских историй о вреде трансгенных растений и животных пока что-то не известно, хотя произведены буквально сотни тысяч опытов по генной инженерии (эти данные - из наших профессиональных сайтов Интернет.).
       Да и сами генетики – люди высокой этики: они всегда первыми «били в колокола» по поводу возможных опасных последствий собственных работ. А о таких злодеях, которые вводили бы в растения, скажем, ген токсина из холерного вибриона или какую-либо иную мерзость, никто ещё не слышал.
       Тем не менее, постоянный контроль над такими работами – вещь не лишняя. Пользуясь метафорой замечательного американского фантаста Рея Бредбери, методологи ввели термин «эффект бабочки». Попав на машине времени в мезозойский лес, охотник нечаянно раздавил там лишь одну бабочку – и это исказило весь ход истории… Думаю, что одиночные гены и небольшие конструкции из них тщательно контролируются геномами, которые по сравнению с ними огромны, можно сказать, разумно отлажены и потому вряд ли «выкинут» под их влиянием что-либо непредсказуемое. Однако заставляют задуматься вирусы: их геномы очень малы, а могут подчинять себе огромные геномы клеток-хозяев. Но они – результат длительной эволюции…
       Уже 22 года, как молекулярные биологи умеют направленно синтезировать в специальных приборах те или иные задаваемые ими последовательности нуклеотидов, а затем вставлять их в векторы и клонировать, в том числе и подставляя их под промоторы. Так в принципе можно создавать под известными регуляторными сигналами новые гены - с задаваемыми новыми свойствами их белков. Однако до такого конструирования совершенно новых, не имевшихся дотоле в природе, белков, которые заработали бы в клетках, - пока ещё далеко: задавать совершенно новые их свойства цепочками нуклеотидов – задача однозначно не решаемая (по крайней мере – пока). К тому же при таком синтезе свойства этих будущих белков можно программировать и контролировать ещё в процессе их «планирования», и вся ситуация оказывается под контролем. Опасными при этом могут оказаться лишь такие новые конструируемые белки, «зловредность» которых планировалась бы изначально.
       Однако и комбинаторные возможности трансгеноза стремительно возрастают. В 1983 году группа генетика Шостака (Szostak) сконструировала ёмкий вектор из хромосомы дрожжей (YAC – yeast artificial chromosome), способный проходить через циклы мейоза и оплодотворения от поколения к поколению, а сейчас генетик по фамилии Вос (Vos) руководит большой программой создания вектора из У-хромосомы человека (HAC). В этот вектор можно будет вставлять до 3.3 миллионов нуклеотидов – а это уже по длине равно тысячам генов. Всегда ли можно будет предсказать, как они – в разных новых сочетаниях - будут взаимодействовать между собой и с хозяйским геномом?..
       Считаю, что маркировать продукты, сделанные из трансгенных организмов, всё же следует. Ведь есть такое понятие в медицинской этике – «информированное согласие (или несогласие)». Люди вправе знать, что именно они едят, и решать, есть ли это. К тому же именно имея такие маркировки, можно подтвердить или опровергнуть фактами тревоги о той или иной пище из трансгенных организмов. Впрочем, можно рассуждать и примерно так, как американские, а теперь и европейские законодатели: «Белок Х – он и в Африке белок Х, из чего его ни получай! Был бы это именно он, и лишь он».
       Конечно, общественный контроль над этими работами необходим – но только если эта самая общественность грамотна. Иначе возникают процессы над «ведьмами», мифы об «убийцах в белых халатах» и прочие варианты массовых социальных деяний, о которых теперь и вспоминать-то стыдно. Так что, повторяю, нам следует очень серьёзно заняться биологическим просвещением. И надеюсь, что эта статья тоже послужит ему.
       В заключение - рекомендую самым любознательным книгу канадских генетиков - единственную (увы!) книгу на русском языке, охватывающую на современном уровне сюжеты этой главы и многое другое: Б.Глик, Дж.Пастернак. Молекулярная биотехнология. Москва, Изд-во «Мир», 2002. 589 с. Достать её не просто, стоит она немало, но прекрасно написана и иллюстрирована.
Глава 21.
ИНФОРМАЦИЯ, РАБОТА МОЗГА И ТВОРЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ В НЁМ.

Как минимум с периода зарождения и формирования генетики (см. Гайсинович, 1988) и по сей день не прекращаются споры о том, что сильнее влияет на формирование личности – наследственность или среда. Оба этих аспекта жизни тесно взаимосвязаны, взаимодействуют и представлены в виде конкретных структур в биосистемах всех уровней от организменного до молекулярного. Поэтому сама постановка этого вопроса напоминает прежние философские споры о том, что первично - бытие или сознание. Очевидно, что даже для философов эти споры уже не актуальны. Это относится и к теоретико-информационным подходам в современной биологии. Поэтому существует отдельная методологическая проблема: имеет ли смысл по-прежнему жестко разделять влияние наследственности и среды, в частности - говорить о том, что в большей степени определяет способности человека, его одаренность и даже гениальность. Эту проблему автор тоже предлагает решать посредством авторских методов доменного анализа профессиональных информационных ресурсов Интернет по биологии и её истории. Эти методы рассмотрены выше в данной книге.
 Если всё же проводить логическую границу между наследственностью и средой, то ситуацию необходимо рассмотреть в двух масштабах. Именно сменой этих масштабов - своеобразной сменой парадигм - можно характеризовать науки о психике в минувшем веке, включая все биологические подходы.
На простом различении двух фундаментальных аспектов, или факторов, – наследственности и среды - базировался и продолжает базироваться близнецовый метод (например, Равич-Щербо и др., 1999) *** который возник в начале ХХ века в работах Френсиса Гальтона – одного из основателей генетики. Владимир Павлович Эфроимсон в своей книге «Гениальность и генетика» резюмирует результаты применения этого метода примерно на конец 1960-х годов., а потом вглядимся чуть пристальней, стараясь увидеть внутреннюю структуру и наследственности и среды.
Самые общие выводы позволил сделать так называемый К этому времени были исследованы десятки тысяч близнецовых пар. Причем выбирались как случаи, когда близнецы находились в одной семье, так и такие случаи, когда они были разлучены и росли в совершенно разных социальных условиях. Известно, что близнецы – это генетически, а вследствие этого биохимически и физиологически идентичные особи, но не идентичные индивидуумы, потому что личность формируется уже и в зависимости от среды. Исследовались самые разные параметры. У каждой пары проверялись память, синтаксические, математические, живописные, музыкальные способности, умение решать нетривиальные задачи, креативность. Можно предложить десятка два (а то и больше) параметров для такого рода тестирования. И в результате этих исследований оказалось, что 70 – 80% одаренности и предрасположенности к каким-либо формам деятельности обусловлено наследственностью. Остальные 20% (а по некоторым оценкам – 30%) приходятся на среду. Но, говоря о наследственности и среде, можно сказать, что и то и другое как бы многослойно. Наследственность – это не только те гены, которые стабильно локализованы в геноме, но, например, и некие эпигеномные феномены, отвечающие за то, в какой мере проявляют себя в организме те или иные гены. И среда тоже имеет сложное устройство. Первый когнитивный слой – это те объекты, которые окружают ребенка с младенчества. Например, если в доме есть ручное животное, то у ребенка воспитывается этический комплекс – доброта, умение без слов понимать другое живое существо. Другой слой – это организация окружающего пространства. Совершенно по-разному вырастает ребенок, скажем, в тюремном бараке и в профессорской библиотеке. И дело даже не только в том, умеет он или не умеет читать книги - само пространство организовано так, что тем или иным образом обучает. Кроме того, среда – это и семья, и круг знакомых, и школьный коллектив, обстановка в городе, в стране, доминирующие социальные ценности и т.д. Словом, среду можно анализировать очень во многих аспектах. Но в целом, это все-таки 20 – 30% вклада в индивидуальность. И это не должно вызывать ощущение панического фатализма, потому что на эти проценты в абсолютном измерении приходится масса информации. Это наша культура, история, письменность – гигантские пласты.
- Итак, все-таки можно разделить влияние на человека
наследственности и среды. И даже оценить это влияние в процентах. Давайте теперь обсудим каждый фактор в отдельности – и начнем со среды. Можно ли, например, сказать что-то определенное о том, как именно влияет структура или сложность среды на мозг? Имеются ли на этот счет какие-то экспериментальные данные, полученные, например, в опытах на животных?
– Прежде чем ответить на этот вопрос, мне бы хотелось сделать одно важное замечание. Дело в том, что в силу трагического положения с науками – и в частности с экспериментальными науками – в нашей стране, исследования мирового уровня совершенно не известны нашему массовому читателю. Здесь публика находится в глубочайшем информационном “вакууме”, почти ничего не зная о современных исследованиях мозга. Между тем, в мире уже сформировалась neuroscience - огромная область знания, название которой даже не имеет точного русскоязычного эквивалента. Это слово уже вошло в научный лексикон, хотя в наших школах о нем не слышали, как, впрочем, и во многих вузах тоже. Этим понятием охватывается весь комплекс наук о мозге: генетика мозга (или нейрогенетика), нейроэмбриология, нейроэндокринология, эволюция мозга, нейроэлектрофизиология, те формы психологии, которые работают с самими структурами мозга, а не только с проявлениями их деятельности, а также технические направления - создание компьютерных аналогов структур мозга и использование принципов их работы. Какой-то частью включена в эти науки о мозге и культурология. Об этом, в частности, говорится в книге «Красота и мозг» (см. библиографию в конце беседы.).
- А теперь я расскажу о некоторых экспериментах в области
нейрофизиологии, показывающих, чего мы лишаемся, не развивая этих наук и не имея популярной информации об их достижениях. Вначале об опытах на крысах – генетически очень близких нам существах. В первой серии опытов крыса растет одна, в изолированной клетке, без каких бы то ни было внешних впечатлений. Это как в камере-одиночке. Ей дают есть, пить, и все. Больше ничего в ее жизни не происходит. Это - некая модель искусственно созданного аутизма. Во второй серии – модель коллективизма, но типа детприемника или колонии для малолеток. Крысы живут вместе, но их только кормят и поят, а общих впечатлений у них никаких, и нет никакой деятельности, кроме удовлетворения элементарных жизненных потребностей. И третья, четвертая, пятая модели – это окружение разных степеней сложности, где есть брусья, качели, разные колёсики, лабиринты, объекты для решения задач. В общем, крысятам выстраивают некую развивающую среду, где они могут много чем заниматься даже без контакта с экспериментатором. Это, так сказать, модель большого мира, где можно себя испытывать и развиваться. Все эти варианты “запускаются” с младенчества - с того возраста, когда крысята перестают пить молоко. Стартовые условия у них абсолютно одинаковые; и, более того, всех их берут из одной генетической линии, то есть изначально они почти идентичны. Потом всех этих крыс забивают и смотрят их структуры мозга, сложность нейронных связей. И оказывается, что в первом случае связей между нейронами мало, нейронная сеть очень редкая, неразвитая. Во втором случае связей побольше, сеть погуще. В третьем – сеть уже совсем густая, с очень сложной конфигурацией связей. В четвертом и пятом случаях дело обстоит еще лучше. Короче говоря, обучая крысёнка, строя его когнитивный мир – мир знаний и впечатлений, – мы буквально лепим его мозг.
– А на объем мозга эти разные условия влияют?
– Практически нет. Все-таки размер мозга определяется объемом той полости в черепной коробке, которую могут заполнить нейроны. А вот интенсивность связей и сложность сети зависят непосредственно от насыщенности среды и сложности задач, которые приходится решать животным.
Теперь спускаемся ниже, к более простым организмам. У нейрогенетиков есть излюбленный объект для экспериментов – один из видов типа круглых червей - нематод. Нематоды - существа, по строению сходные с аскаридой, которая тоже к ним относится. Поскольку аскарида живет в кишках человека, то она вошла даже в школьные программы. А в природе нематод очень много - около двухсот тысяч видов. Тот вид, который интересует нас, Coenorhabditis elegans (русского названия у него нет), по общему плану строения тоже похож на аскариду, но имеет более развитую нервную систему, потому что живет на свободе. (Вообще - всем паразитам, живущим внутри других организмов, нервная система особенно не нужна – там нечего смотреть и слушать, почти нечего нюхать; поэтому они устроены проще, чем их свободно живущая “родня”.). Интересующие нас червячки - маленькие, длиной всего 1-3 мм; они живут в почве, в гниющих листьях. Они прекрасно разводятся в лабораториях; технология их выращивания налажена не хуже, чем выращивание кишечной палочки и дрожжей. Геном этого червячка тоже полностью расшифрован, его прочитали в декабре 1998 года. Чем хорош этот объект? Это - животное, у которого тысяча клеток. Он оптически прозрачен. Все клетки видно насквозь в живом червяке. Из тысячи клеток триста две образуют нервную систему, а сам мозг – и того меньше. Вся нервная система, вся нейронная сеть – это 302 клетки, и все они под наблюдением.
- Из тысячи клеток 300 приходится на нервную систему? Ведь это очень высокий процент?
Да, довольно высокий. Больше, чем у человека, потому что у нас в организме - всего 10 в 15-й степени клеток, и из них 10 в 11-й степени – нейроны. Но, если судить по количеству клеток, этот червячок по сравнению с нами – система очень простая. Каждую клетку в нём видно. Можно ввести в него красители, в том числе и витальные (прижизненные, не мешающие функциям), и буквально видеть, как работают синапсы (контакты между нейронами). Более того, сейчас существуют методы, когда практически к любому гену можно пришить кусочек другого гена - такой, в котором закодирован светящийся белок. Если этот ген работает, то он высвечивается, как лампочка. (У меня дома есть компакт-диск, на котором демонстрируется раковая, иммунодефицитная мышь. И вот в ней можно наблюдать динамику рака: светится каждая раковая клетка, и видно, как разрастается опухоль.). С червячком проводится простой опыт, даже без использования красителей. Берут одного червяка и выращивают из него путём бесполого размножения или клонирования много-много червяков (у них есть еще одно удобное свойство: их легко клонировать). Все они генетически идентичны. В результате получается много эмбрионов, которые тоже генетически идентичны. Их рассыпают на отдельные клетки, и из каждой клетки можно вырастить нового червяка, и все они опять будут генетически идентичны. Выборка клеток получается огромная, статистически достаточная, чтобы получать вполне достоверные результаты. Затем образуют несколько групп таких клеток, из которых возникнут будущие эмбрионы. Одних помещают в условия полной депривации (изоляции). Например, закрывают в сейф, где есть только питание для развития зародыша и последующего развития червяка – таким образом эта группа лишается каких бы то ни было впечатлений. Глаз у этих животных нет, но у них есть очень тонкая вкусовая рецепция. Собственно, все их тело как бы служит большим “языком” - они получают вкусовые ощущения всем телом. Итак, одних из этих эмбрионов выращивают в темном, закрытом ящике, они там ничего не чувствуют и не слышат. Других помещают в среду посложнее, третьих – еще сложнее и т.д.. В общем, у разных клонов – разный жизненный опыт. И в каждом клоне - сотни особей. Потом их кладут под микроскоп и смотрят нервную систему. Оказывается, что вот эти 302 клетки нервной системы во всех случаях занимают одинаковые позиции. То есть положение узлов нейронной сети задается генетически - в том числе и тех клеток, которые будут относиться к головному мозгу. А вот что касается связей между клетками, то их узор определяется условиями жизненного опыта – впечатлениями, особенностями развития. Известно, что и нейроны мыши и наши нейроны растут навстречу определенным сигналам, по определенным топологическим поверхностям. Вообще, клетка, прежде чем стать полноценным нейроном, последовательно осуществляет внутри мозга восемь разных поведенческих стратегий. Это как бы некое самостоятельное существо, которое проходит 8 этапов своей биографии, судьбы. И в результате становится тем или иным нейроном. Так вот, один из последних этапов – это выращивание связей, аксонов, дендритов, замыкание синаптических связей, а потом - “убиение” ненужных синапсов: они тоже проходят некий естественный отбор. Ненужное обрубается, все, что нужно, шунтируется, связывается. И вот эта ткань, этот узор – это как бы «слепок» судьбы червяка. Червяки, которые прошли такую-то школу обучения, имеют такую-то сеть. Получившие другие впечатления - имеют другую сеть. Это очень ценно для понимания нашего собственного мозга, потому что из наших 100 миллиардов нейронов прижизненно мы не можем наблюдать ни одного, если не считать редких случаев - операций на больном мозге. Влезать в здоровый растущий человеческий мозг, как известно, - преступно. На это способны лишь такие, как доктор Иозеф Менгеле.
- То есть технически в принципе можно наблюдать на человеке за поведением отдельных нейронов?
- Только инвазивными методами, что дозволено делать лишь при явных патологиях, требующих вмешательства. Для многих задач это не имеет смысла, потому что при наличии 100 миллиардов нейронов “из-за деревьев не видно леса”. А в случае червяка у нас не “лес”, а маленькая “посадочка”, которая видна насквозь, причём и в динамике. Мы можем, ничего не меняя в червяке, просто смотреть, как он растёт и развивается на разных этапах. Мы можем отслеживать шаг за шагом, как формируется его нейронная сеть, и при этом видеть каждый нейрон. Но в принципиальном смысле у нас, скорее всего, происходит то же самое. Именно это здесь важно и интересно.
– Значит, можно сделать вывод, что сложность мозга, а следовательно, и его возможности, во многом определяются сложностью среды, в которой функционирует организм?
 – Да, конечно. И этот вывод, без всяких обид на то, что я сравниваю человека с червяком или крысой, может быть легко распространен на идеологию педагогики. Чем больше мы даём ребенку грамотных, красиво построенных, эмоциональных и интеллектуальных нагрузок, тем красивее и полнее формируется его мозг. Кстати, в эволюции мозга существует и весьма драматический этап. Есть такой феномен – апоптоз, когда в раннем послеродовом развитии в мозге ребенка массами гибнут будущие нейроны. Идет жесточайшая “рубка” между ними - за то, кому уцелеть и образовать эту сеть. Погибает примерно 20 тыс. клеток в минуту, и это длится месяцами. Это - нормальный процесс, естественный отбор среди нейронов. Есть даже специальные гены клеточного самоубийства – апоптоза. Они особенно активизируются при старении, имеют отношение к раку, но и к раннему развитию организма ребенка тоже. Нейробластов - предков потенциальных нервных клеток - слишком много. И среди них идет жесточайшая борьба, а те, кто победил, выращивают аксоны, соединяются с другими нейронами. Ненужные аксоны потом тоже “обрубаются”. В общем, идет активный творческий процесс в физических структурах мозга.
Но вернусь к сравнению человека с животными. Нас это ни в коей мере не должно оскорблять. Ныне, с одной стороны, существует такая дисциплина, как социобиология, изучающая общественное поведение и общественные структуры животных, а с другой, этология человека как продолжение науки о поведении животных – этологии. В прежние годы все это было у нас абсолютно запрещено. Считалось, что разум – это прерогатива человека, то есть “нас, любимых”. Животные рассматривались только в рамках павловских моделей, на уровне примитивных рефлексов. Между тем уже лет двадцать известно, что сформировать условный рефлекс, схема которого с собачкой, лампочкой и замыканием условно-рефлекторной цепи нарисована в школьных учебниках, способен даже единичный нейрон. А нейронная сеть из трёхсот клеток, как у маленьких нематод, – это, на самом деле, уже очень сложная структура. А уж собака – это потрясающе интеллектуальное существо. Об этом известно не только собаководам, но и любому человеку, который держит домашних животных.
Кафедрой физиологии и высшей нервной деятельности Биологического факультета МГУ долгие годы руководил Леонид Викторович Крушинский. Он занимался рассудочной деятельностью животных и получил много интересных результатов. Фактически он изучал разум животных. Но поскольку мы жили под давлением идеологии, это называлось «экстраполяционными рефлексами». Простой пример. Скажем, пища въезжает за ширму с определённой скоростью. Курица устремляется вслед за ней и долго-долго бежит там, за ширмой. А у вороны мозг развит лучше; она сразу вычисляет, откуда и когда выйдет эта кормушка из-за ширмы, и точно, прицельно, в нужный момент туда бежит, то есть как бы экстраполирует траекторию. И вот такие вещи, как способность к экстраполяции, прогнозированию некоторых событий в реальном мире, назвали тогда «экстраполяционными рефлексами», чтобы не злить идеологов-марксистов. Недавно З.А.Зорина и И.И.Поспелова - сотрудницы кафедры физиологии высшей нервной деятельности Биофака МГУ и ученицы Крушинского - выпустили книгу «Элементарное мышление животных». Так что теперь «рассудочная деятельность животных» - это уже признанный термин. И нас нисколько не должно унижать то, что, постигая мозг нашего любимого ребенка, мы иногда проводим сравнения с червями, с обезьянами.
– Давайте перейдем теперь к наследственному фактору. Каким образом и одаренность и отдельные способности могут передаваться с генами? Какие именно вещества за это отвечают? Можно ли сегодня что-то об этом сказать?
– Вначале я “обрисую несколькими штрихами”, каково было общее направление развития моей родной науки – генетики. Если брать разные периоды ХХ века (а генетика – ровесница этого века), то от целостных феноменов, от фенотипов она продвигалась глубже и глубже к генотипам, а затем уже к конкретным сочетаниям нуклеотидов, к прочтению генов, к пониманию того, как физически и логически организованы генетические программы. И этот путь особенно бурно пройден в последние 25 лет, что, кстати говоря, совершенно не отражено в школьном курсе. Генная инженерия, чтение (секвенирование) множества разных генов из разных организмов, их сравнения, умение определить их функции – все это достижения последней четверти века. И об этом надо писать, в том числе писать для детей, для чего необходимо стимулировать выход соответствующей научно-популярной литературы. Замечу, что и сам я написал книжку для школьников «Современные представления о наследственности», но надо думать, как ее выпустить в свет, потому что издательства мало заинтересованы в подобной литературе.
А теперь - об опытах, в которых выявляется генетическая природа способностей. В то время, когда еще не работали с конкретными генами и конкретными молекулами, эксперименты шли на уровне фенотипов. Вот, например, опыты с мухами-дрозофилами. Оказывается, даже они очень различаются по талантам. Можно заставлять мух решать простые тесты с выбором правильных решений. Это - примерно то же самое, что пытаются предлагать нашим школьникам. Только у них выбор обычно из четырех-пяти вариантов, а мухам надо выбирать из двух, и сами задачи - куда проще. Вначале толпу мух чему-то такому обучают, а потом выпускают их в некую трубку, которая ветвится, снова ветвится и так далее, а в результате на выходе из этого ветвящегося лабиринта имеется много-много кончиков, откуда мухи могут вылетать в ловушки-пробирки. Обучение, допустим, состоит в том, что у мух вырабатывают условные рефлексы: например, на какой-то запах идти вправо, а на другой запах или на яркую вспышку – наоборот, влево. А все эти ветвления – это как бы ситуации “витязя на распутье”, где надо сделать правильный выбор. Те мухи, которые правильно решают все эти задачи, выпадают только из одного среди множества кончиков. Это - умные мухи. Все остальные – дуры. Причем можно отобрать самых больших дур, которые всегда ошибаются. А можно отобрать самых умных - и, размножая тех или других, получить «умную» или «глупую» популяцию мух, что проверяется с помощью тех же тестов. Мы видим, что умственные способности наследуются даже у мух. И это без иронии, потому что муха – существо не больно-то примитивное. В её головном мозге - двести тысяч нейронов.
– То есть он гораздо сложнее, чем этот червячок, нематода?
- Да, если судить именно по количествам нейронов, то примерно в тысячу раз. Но в полмиллиона раз проще, чем мы. И их нейроны мельче сами по себе. Но, тем не менее, у мух есть различные половые предпочтения и другие довольно сложные поведенческие реакции. А если уж даже мухи одного вида различны по интеллекту, то, скажем, на грызунах это тем более хорошо видно. Бывают глупые и умные мыши, и есть линии умных и глупых мышей. У меня в детстве были хомячки. Один хомяк был, можно сказать, “гениальный”. Он обследовал всю квартиру, залезал на письменный стол, смотрел, как я делаю уроки. А вот его сын, появившийся в результате инбридинга – скрещивания со своей же дочерью – когда его выпускали из клетки, попросту сновал туда-сюда под окном, то есть демонстрировал уныло-бессмысленное поведение.
 Итак, различия по способностям, по интеллекту, даже у мух и мышей – это экспериментальный факт. И то, что эти способности наследуются, – тоже. А можно ли говорить о том, что те или иные способности зависят от содержания каких-то веществ в мозге?
– Тут самое время сказать о работах Владимира Павловича Эфроимсона. Это очень значительная фигура в нашей науке. В молодые годы он много работал с дрозофилами, а потом стал заниматься генетикой человека. Судьба его сложилась драматически. Он отсидел два срока в лагерях, но ему ещё повезло, потому что у нас генетиков человека нередко просто расстреливали. Во время войны он служил в армейской разведке. Он всегда активно боролся против Т.Д.Лысенко, вплоть до того, что хотел выступить на сессии ВАСХНИЛ в 1948 году. Но жена ему сказала: «Ты же сейчас безработный. И ты человек с судимостями. Твое появление как адвоката этой науки просто погубит ее, потому что ты сам под прицелом. Не надо этого делать». И Эфроимсон не выступил на той позорной сессии, но направил письмо в высшие инстанции страны, где дал исчерпывающий анализ всей той вакханалии, которую затеяла безумная, антинаучная команда Лысенко. В общем, это - человек героической судьбы и один из тех немногих людей науки, которые активно противостояли режиму. В первые же годы реабилитации генетики он написал книгу - учебник «Введение в медицинскую генетику», стал выступать с большим курсом лекций по медицинской генетике. В книге был дан перечень генетических болезней человека, известных в то время. И среди них - около 50 неврологических и психических заболеваний, связанных с генетическими мутациями. Эфроимсон написал ряд блестящих работ на стыке генетики человека и гуманитарных проблем. У нас уже после его смерти вышли две книги. Одна – «Генетика этики и эстетики»; основной пафос этой книги в том, что вся наша культура корнями уходит в генетические особенности человека, и разнообразные творческие способности тоже связаны с генетикой. Вторая большая книга «Гениальность и генетика» – это собрание многих его работ, среди которых - собственно работа «Гениальность и генетика», а также «Педагогическая генетика» (о системе тестирования, о необходимости возрождения педологии), «Родословная альтруизма». Работа «Гениальность и генетика» – это попытка взглянуть на высшие психические функции, в том числе на одаренность, гениальность, с точки зрения биохимии некоторых мозговых процессов. Эта книга – уже, конечно, памятник истории науки, поскольку в то время (1970-е годы) еще не умели читать гены. Но в ней и сегодня можно найти очень много интересного.
Эфроимсон писал о нескольких медиаторах, имеющих отношение к функционированию мозга. Вообще медиаторы – это вещества-посредники, молекулы, с помощью которых одна нервная клетка “разговаривает” с другой; большинство медиаторов синтезируются в синапсах, то есть там, где аксон одного нейрона встречается с телом другого. Сейчас известно множество медиаторов: примерно 40 низкомолекулярных веществ и свыше 1000 белков - нейропептидов, каждый из которых имеет свое специальное назначение. Среди них, скажем, есть вещество боли. Если у животного вызывать боль, то этот белок накапливается в задних корешках спинного мозга. Низкомолекулярным медиатором является, в частности, дофамин, с содержанием которого связан уровень мочевой кислоты в организме. Проведя глубокий анализ биохимических данных, Эфроимсон доказывал, что повышенный уровень мочевой кислоты стимулирует активность мозга, как бы “подстёгивает” его. Это было подтверждено и в опытах на животных. В этом контексте, простите, выражение «моча в голову ударила» имеет позитивный смысл. Далее, анализируя биографии многих великих людей, Эфроимсон обнаружил, что очень часто они страдали подагрой. А это заболевание вызывается отложением в суставах солей мочевой кислоты. Эфроимсон приводит огромный список гениальных подагриков, среди которых - Ю.Цезарь, Т.С.Элиот и другие. Сейчас мы знаем, что когда дофамина постоянно много, это стимулирует повышенную креативность, исследовательский интерес, познавательную активность. Если же уровень дофамина в рецепторах синапсов оказывается не сбалансированным, “скачет”, то это уже плохо. С этим связывают многие формы шизофрении. Вообще, нейронов, работающих на дофамине как на медиаторе, очень много в лобной коре, то есть как раз в той области мозга, которая отвечает за принятие решений, креативность, лидерские способности. Другой важный медиатор, имеющий отношение к интеллектуальным и творческим процессам в мозге - это норадреналин. От него, а также от третьего низкомолекулярного медиатора - серотонина - зависят эмоциональные состояния. Ещё два медиатора - аминокислоты глутамат и глицин - играют важные роли в процессах памяти, а потому тоже важны для интеллекта. Исследования медиаторов во многом изменили наши представления о работе мозга. Так, теперь совершенно недостаточно представлять себе нейронную сеть просто как физическую сеть клеток, которые обмениваются электрическими сигналами. Скажем, имеется десять физически контактирующих и функционально взаимодействующих нейронов улитки. Оказывается, что часто по сути это - несколько сетей, наложенных одна на другую: дофаминовая сеть, норадреналиновая, и прочие. Три нейрона могут работать на одном медиаторе, четыре – на этом же и еще на каком-то другом, и т.д. Иными словами, часто одна физически целостная сеть информационно оказывается системой нескольких сетей; они могут переключаться друг на друга, а за всем этим стоят гены. Даже такое, казалось бы, простое явление, как связь между двумя нервными клетками, – на самом деле необычайно сложно. Идущий по нейрону электрический импульс при переходе с нейрона на нейрон, в синапсе, преобразуется в химический сигнал (в медиаторы), а затем на принимающем его нейроне - снова в электрический импульс. При этом в месте контакта нейронов - перед синапсом и за ним - такой сигнал задерживается на некоторое время, нужное для того, чтобы молекулы соответствующего медиатора перешли от первого нейрона ко второму и подействовали на специальные белки-рецепторы на его мембране. Когда раньше пытались создавать компьютерные аналоги работы мозга – логические устройства, автоматы, процессоры, – то синапс воспринимали и моделировали лишь как аналог диода с задержкой. Но сейчас мы знаем, что он принципиально напоминает скорее не диод, а многоканальный транслятор разных сложных языков.
– Эти разные языки как раз и есть разные вещества-медиаторы? И каждый из них каким-то образом управляет работой мозга, влияет на поведение?
- Примерно так. Процитирую популярную статью наших коллег С.Боринской и Е.Рогаева, опубликованную в журнале «Химия и жизнь». «Дофамин, как и серотонин, участвует в передаче сигналов между нервными клетками. Он связан с центром эмоций и удовольствия. И когда освобождается много дофамина в нейронах, это приносит хорошее самочувствие». Крысам, которым стимулируют центры удовольствия через электрод, фактически стимулируют синтез дофамина. Избыток дофамина у мышей вызывает у них непрерывную исследовательскую гиперактивность, а его отсутствие приводит к прекращению какой-либо активности и смерти от голода. А вот дефицит другого медиатора, серотонина, связан с депрессиями. Он тоже производится в нейроне и тоже адресуется другим нейронам по некоторым сетям. Иногда бывает, кстати, что не только в одном и том же синапсе, но и в одной и той же капсуле внутри синапса оказывается несколько медиаторов сразу. Получается как бы коктейль из медиаторов. Таким образом и получается, что один и тот же нейрон работает на многих “языках”.
- А эффект от «сообщения», сделанного на том или ином “языке”, просто зависит от количества вещества-медиатора?
- Нет, не просто. Это очень интересный момент. Скажем, сам дофамин вырабатывается клеткой-нейроном, и то, много или мало дофамина, зависит от способностей нейрона его производить, за которые отвечают некоторые гены – гены его синтеза. Но произведенный дофамин должен быть передан через щель синапса другому нейрону, и белковым рецептором этого нейрона дофамин может приниматься лучше или хуже. Такой рецептор - как бы своеобразная “молекулярная антенна”, которая может быть хорошей или плохой. А есть еще транспортёры, то есть белки, каждый из которых «оттаскивает» молекулы своего медиатора назад от постсинаптических рецепторов после того, как медиатор стимулирует появление электрического импульса на следующем нейроне. А каждый белок кодируется соответствующим ему геном и регулируется другими генами и их белками. Например, есть такой фермент моноаминоксидаза - он разрушает некоторые медиаторы, в частности и серотонин. В цитируемой статье С.Боринской и Е.Рогаева приводится интересный факт об одной семье с особо агрессивным поведением; многие из членов этой семьи - преступники. У них у всех была обнаружена мутация в гене, ответственном за синтез моноаминоксидазы. При этом серотонин синтезируется нормально, но вовремя не разрушается; поэтому его количество оказывается выше нормы, что и приводит к повышенной агрессивности.
- Выходит, что существует какой-то конкретный ген, ответственный за агрессивное поведение?
- Агрессивность как психическая особенность может иметь разное происхождение. Вообще я бы не хотел, чтобы из моего рассказа создалось впечатление, будто каждое наше психическое свойство, каждый мотив связан с какой-то молекулой, или с двумя или даже с десятью. А с другой стороны, в наших геномах существуют такие ключевые гены, которые могут кардинальным образом влиять на целые поведенческие каскады. Например, есть гены тяги к новизне, гены счастья и тревоги. Причём их действие может быть связано с синтезом как самих медиаторов, так и веществ, их принимающих - в частности, молекул их специальных белковых рецепторов. Есть гены, влияющие на характер сексуального поведения. В той же статье С.Боринской и Е.Рогаева приводится ещё такой пример. Есть два очень близких вида полёвок - грызунов, внешне похожих на мышей. У одного из них особи спариваются, то и дело меняя партнёров; другой же вид - строгие моногамы: самец его всю жизнь живёт с одной самкой. Оказывается, это связано с геном, контролирующим ответ на вазопрессин. Вазопрессин - это белковый гормон, выделяемый гипофизом. Он регулирует многие функции, в том числе сокращение мышц при родах, но также выступает и в роли нейромедиатора. Далее - дословно цитирую эту статью: “Стоит блокировать у самцов рецепторы вазопрессина, как они превращаются в ... донжуанов. Когда рецептор блокирован, сколько вазопрессина ни давай, эффект его нулевой.”. А в норме это вещество вызывает стремление к стабильности, верности, а тягу к новизне, напротив, гасит. Даже у знакомого нам червя - нематоды обнаружен ген, мутация в котором делает его из “коллективиста” “схимником”. Обычно эти черви любят как бы кучковаться; при этом они трутся друг о друга. Одна мутация в конкретном гене - и червь уползает в сторону и ведёт себя подобно отшельнику, которому никто не нужен. Возможно, и в нашем социальном поведении тоже играют роль подобные гены - скажем, в рамках одной и той же конфессии есть как люди соборные, общинные, так и одиночки - схимники и отшельники. Но влияние таких генов на такие духовные процессы у людей мы можем только предполагать. А вот факт, касающийся одной из высочайших психических функций - речи. Этот факт обсуждается в той же статье С.Боринской и Е.Рогаева. Есть такая патология - дизлексия, неумение распознавать речь. Она выявляется в детском возрасте и остаётся на всю жизнь; при одном виде дизлексии страдающие ею не могут связать буквы в слова в тексте - прочитать слово, а при другом - воспринимать речь на слух. Оказалось, что у человека есть три группы генов - во второй, шестой и пятнадцатой хромосомах, мутации в которых вызывают эту болезнь. При этом распознавание фонем (звуковых элементов речи) связано с участком шестой хромосомы, а чтение отдельных слов - с участком пятнадцатой. Значит, даже для такой сложнейшей функции, как речь, существуют ключевые генные структуры. Конечно, всё формирование и понимание речи нельзя свести к отдельным молекулам - участкам ДНК и белкам. Однако здесь, как и вообще в развитии организма, есть критические места и этапы, соответствующие принципу “мал золотник, да дорог”: это - системы контроля с высокой ценностью, большим семантическим весом. Скажем, - ген, управляющий целым большим каскадом событий; белок, от которого зависит работа десятков других. Это похоже на крупного администратора в большой организации. Нельзя сказать, что нормальное общество целиком зависит от своих начальников, но бывают такие “ключевые” начальники, которые влияют на важнейшие цепи событий.
- Допустим, что мы знаем, какие гены ответственны за повышенную активность мозга, исследовательский интерес, тягу к новизне, агрессивность, а рано или поздно узнаем гены, обусловливающие те или иные способности. Означает ли это, что довольно скоро наступит время, когда можно будет как-то конструировать одарённых или даже гениальных людей методами генной инженерии?
- Добавлю ещё, что в принципе можно обнаружить и гены, ответственные за способность к обучению. У тех же упомянутых червей Coenorhabditis удаётся вырабатывать условные рефлексы на определённую пищу - так, чтобы пища А нравилась, а пища Б - нет, или же наоборот. И найден ген, мутация в котором гасит именно способность к такому обучению. Современные исследовательские методы генетики позволяют выделить такой ген, пометить его радиоактивным изотопом или флуоресцентным красителем и “шарить” им по геному человека в поисках подобных генов. И всё-таки до “конструирования” гениев нам ещё чрезвычайно далеко. Пока мы имеем полностью прочитанную гигантскую “энциклопедию” - геном. Но нам ещё почти не известны ни её “орфография”, ни её “синтаксис”. Мы уже знаем, как работают отдельные генные сети, управляющие некоторыми важнейшими структурами и процессами. Например, один из крупнейших фрагментов нашего генома - это гены, специфически работающие в мозге. Но в их работе мы далеко не всё понимаем. К тому же на многие в принципе выполнимые проекты есть этические запреты. Например, уже есть сотни случаев удачной генной терапии десятков наследственных болезней. При генной терапии у человека с тем или иным наследственным заболеванием берут клетки больной ткани, выращивают их отдельно от организма и лечат - вводя в них один или даже несколько соответствующих здоровых генов другого человека; затем пересаживают эти клетки обратно больному в больную ткань и вводят ему определённый биохимический фактор селекции, чтобы именно эти излеченные клетки размножались. И в больном человеке, который сам себе служит и донором, и реципиентом клеток и тканей, развивается здоровая ткань, снимаются патологические симптомы. Другой пример - фармакогенетический. В геномы свиней на самой ранней стадии их развития ввели человеческий ген антитромбинового фактора VIII и заставили его там работать. И выросшие самки свиней стали “живыми ферментёрами”: они выделяют в своё молоко белок, препятствующий свёртыванию крови у человека. Больные гемофилией просто пьют молоко этих свиней - и излечиваются. Всем гемофиликам планеты хватит стада от 300 до 600 таких свиноматок. (Замечу, что если бы такую свинку имел российский царевич Алексей, то он смог бы обойтись без Г.Распутина, а наша история - без революции 1917 года.). Однако человек, вылеченный методами генной терапии или фармакогенетики, остаётся генетически больным, так как в большинстве или во всех его тканях, включая семенники или яичники, здоровых вариантов больного гена не появилось. Великий соблазн здесь - делать трансгеноз, то есть вводить те или иные соответствующие здоровые гены в клетки полового пути, чтобы и все потомки были здоровыми. Но тут есть большой этический подвох. Скажем, научимся мы так лечить какую-то форму наследственной анемии. А как эти гены взаимодействуют с сетью генов всего генома, в частности - с мозговой деятельностью? Ведь пока мы понимаем только, как устроены отдельные фрагменты этой сети. Уместно здесь вспомнить замечательный рассказ Рея Бредбери “И грянул гром...” про машину времени, ненароком раздавленную в мезозое бабочку и тяжёлые последствия этого - альтернативы в человеческой истории. Термин “эффект бабочки” вошёл в лексикон методологов и философов науки. Бабочку уничтожил - и “пошло-поехало”. Мы не имеем права делать трансгеноз на людях, пока не поймём геном в целом. Геном - это не просто “энциклопедия”. Энциклопедия состоит из отдельных статей, сравнительно немногих перекрёстных ссылок и оглавлений. А геном - это в то же время и алгоритм сложнейшей программы развития и работы организма, и историко-палеонтологические “архивы” (в нём - масса попорченных генов, доставшихся от очень далёких предков и уже не работающих), и “наброски” на будущее, и разнообразные “тексты”, и “планы” архитектоники самого генома, его разнообразных клеток и всего организма в целом, пространственные принципы которых мы пока ещё почти не поняли. Имея уже полностью прочитанный геном, мы только-только начинаем подходить к этим проблемам, к пониманию генома человека как целостного текста. А он огромен: более трёх миллиардов “букв”-нуклеотидов, десятки тысяч разных генов, множество других участков с разнообразными кодируемыми функциями...
       Приведу исторический пример того, насколько фатальным может стать генетический произвол. В 1920-е годы сформировалась концепция генетического груза. Стало ясно, что есть люди с психическими болезнями, отмеченными на их генеалогических древах; например, дедушка - идиот, тётя - эпилептичка. И эти недуги передаются по наследству, хотя могут не всегда проявляться. Но потомство ими “отягощается”. Значит, надо спасать человечество и свои нации. И в ряде стран были приняты радикальные меры. Наиболее решительно и бесчеловечно подошли к этой проблеме фашисты в Германии. Они “выбраковывали” не только представителей других рас и народов, которые им не нравились, но убивали и всех собственных дефектных детей и взрослых с сильными наследственными физическими дефектами, а также с разными формами слабоумия, эпилепсией, тяжёлыми формами шизофрении и маниакально-депрессивного психоза (МДП) и прочими психическими болезнями. За очень короткий срок были умерщвлены десятки тысяч новорожденных; немецких идиотов уничтожали в немецких же концлагерях. При этом полагали, что “чистят арийскую расу”. В гораздо более мягкой форме это делалось в странах с традициями уважения к правам личности - в Дании и США. Там тоже считали, что есть задача генетического оздоровления наций, и настоятельно рекомендовали мужчинам и женщинам с наследственными тяжёлыми психическими дефектами за большое вознаграждение (квартиры, деньги и т.п.) пройти безболезненную стерилизацию. И это практиковалось в одной из этих стран 30, в другой - 50 лет. А после войны сами же американцы блестяще опровергли весь этот подход. Они взяли справочники “Кто есть кто” в науке, в искусстве, в спорте, в бизнесе - и, насколько оказалось возможным, изучили генеалогии всех этих своих великих. Подсчитали, сколько там случаев МДП, эпилепсии, шизофрении, прочих тяжёлых психических дефектов. Всё это сравнили со случайной большой выборкой из популяции “обычных” людей. Оказалось, что в родне великих всех этих ужасов в 3.7 раза больше, чем в среднем в родне остальных. Мораль: мы не имеем критериев, по которым имеем основания препятствовать кому-либо размножаться. Скажем, на медико-генетическую консультацию в центр репродукции приходит эпилептичка и говорит: “Я безумно полюбила одного шизофреника, страдающего бредом и галлюцинациями. И мы хотим детей, причём как можно больше.”. Ещё полвека назад, до этих американских исследований, ей бы настоятельно не рекомендовали это делать. Но сейчас ясно, что если запрещать таким женщинам рожать детей, то есть риск потерять будущих потенциальных Леонардо, Бетховена, Эйнштейна... Сети генов, связанных с высшими психическими функциями, - это очень сложный “пасьянс”. Некое сочетание нестандартных вариантов генов даёт всплеск гениальности, но если одного из них в этой “колоде” нет, или же он как-либо изменён, то это может обернуться острой патологией. Более того, сама творческая гениальность часто сопровождается очень серьёзными психопатологическими отклонениями в обыденной жизни. Так, Ф.М.Достоевский, давший в своих произведениях высочайшие этические максимы и гениальные психолого-философские модели человеческих характеров и взаимоотношений, был тяжёлым эпилептиком; А.С.Пушкин был циклотимиком на грани с МДП. Оба обладали на редкость трудными характерами и явно не были “подарками” для своих ближних. И таких примеров - множество.
- Получается, что генетика подтверждает известное выражение: “От гениальности до безумия - один шаг”?
- Да, у великих эти свойства часто сочетаются. В “Гениальности и генетике” В.П.Эфроимсон описал свыше 150 биографий великих людей в виде патографий - анализа с генетико-медицинских позиций. Среди них - представители крупнейших европейских династий, художники, писатели (в частности - А.С.Пушкин, Н.В.Гоголь, Ф.М.Достоевский). Он рассмотрел циклические процессы и прочие тенденции в их судьбах, выделив периоды креативности и длительные периоды депрессий и других отклонений. Например, он подсчитал, что если сложить все временные отрезки, когда Гоголь творил, то весь его творческий период охватывает лишь неполных 4 года. Остальное время были тяжелейшие провалы - депрессии и другие аномальные состояния. Это связано и с тем, что у Гоголя был своеобразный психосоматический комплекс: известно о его демонизме, мистицизме, сексуальных проблемах... У Пушкина, судя по всему, была тяжёлая циклотимия на грани с МДП; такие систуации, как мы знаем теперь, часто связаны с дисбалансом серотонина. Часто сопутствуют гениальности такие отклонения, как тестикулярная феминизация и синдром Марфана. Строго говоря, талантливость сама по себе - отклонение от нормы. Ведь среднестатистический, нормальный человек - это очень скучная личность. Но за эти “выбросы” гениальности её обладателям обычно приходится платить...
- Александр Евгеньевич, у меня сложилось впечатление, что по ходу нашего разговора мы всё время балансируем на некоей грани. Если упростить, то по одну сторону - биология и процессы физико-химической природы, а по другую - психология и культура. По одну сторону - генетическая и нейрофизиологическая подоплёка той же одарённости, а по другую - неповторимая биография гения, конкретные культурно-исторические условия. А средоточие всего этого - мозг человека?
- Действительно, мозг - это феномен, находящийся в фокусе очень многих наук и рассматриваемый в ракурсах разных философских систем. И если говорить об исследованиях мозга и, в частности, проблем одарённости и гениальности, то здесь можно выделить два главных подхода. Я назову их в духе философской терминологии. Первый путь - редукционистский. Он идёт как бы снизу - от молекул, генов, а также от изучения существ более простых, чем мы сами, “братьев наших меньших” (правильнее было бы говорить “старших”, если иметь в виду их эволюционный возраст); в этом ряду - черви и дрозофилы. Второй путь - холистический. Он идёт как бы сверху - от психических феноменов, от антропологии, педагогики, к мозгу как целому. Это - не менее интересный поток данных. Примеры - всё то, что даёт близнецовый метод, анализ патографий и исторических ситуаций в духе работ В.П.Эфроимсона, и многое другое. В этом смысле очень интересна коллективный труд наших зарубежных коллег - книга “Красота и мозг”. Весь её пафос - в том, как исследовать физические структуры мозга через разнообразные феномены культуры и стереотипы поведения. Например, - оказалось, что электроэнцефалографическая пульсация мозга связана со стихотворными ритмами: три периода пульсации речи в поэтическом языке соответствуют ритмам мозга. Первый уровень имеет примерно те же временные интервалы, что и расстояния между ударными слогами; второй - средней временной протяжённости поэтической строки, третий - строфы. Поэтому можно полагать, что поэтический текст и самого сочиняющего поэта в минуты вдохновения, и его аудиторию как бы “заводит”, во всех этих трёх временных регистрах входя в ритмический резонанс с их мозговыми пульсациями и “вплетая” в них звуки, образы и смыслы. Вероятно, на этом построено шаманство и прочие ритуальные действия с использованием текстов. Или, например, сложные поведенческие каскады. Например, у народов, которые раньше оскорбительно называли “первобытными”, распространена такая реакция матери, кормящей грудью, на потенциального врага-насильника. Она оборачивается и брызгает из груди струю молока в его сторону. Такое поведение наблюдается в разных культурах на разных континентах: в Южной Америке, Центральной Африке, Юго-Восточной Азии. Вряд ли эти народы когда-либо могли этому научиться друг у друга. Может быть, это сидит в их генах, унаследованных от общих предков, или же как-то определяется на эпигеномном уровне - скажем, структурами мозга. В этом есть своя логика - манифестация: “Отстань, негодяй! Видишь, я кормлю!”. Повторение одних и тех же форм и явлений поведения в культурах разных, далёких друг от друга народов позволяет рассматривать эти явления как своеобразные “гены культуры”, которые ведут себя подобно обычным генам: они тоже реплицируются, тиражируются для потомков, мутируют, образуют сложные композиции.
- То есть в культуре многое задаётся наследственностью, а, значит, многое предопределено?
- В самом начале я говорил о цифрах - 80 и 20. Это ведь не случайные цифры. Они отражают общую пропорцию между детерминизмом и случайностью, вычисленную для самых разных эволюционировавших информационных систем. Я в этом сомневался, но затем нашёл множество примеров из психологии, кибернетики, той же геномики (если речь идёт о доле “дозволенных” организмам мутаций). Предсуществующими правилами задаётся 70-80%. В генетике это - генотип, в культуре - традиции и нормы обществ. Это - те “рамки”, которые нам заданы. Остальные 20% - это случайности, внешние обстоятельства, перипетии судеб, творческие “взбрыки”. В значительной части это - именно то, что требует наших волевых решений, личного выбора.

ЛИТЕРАТУРА

Блум Ф., Лейзерсон А., Хофстедтер Л. Мозг, разум и поведение.
       Москва. Изд-во “Мир”, 1988. (Пер. с англ.).
Боринская С.А., Рогаев Е.И. Гены и поведение. // “Химия и жизнь”.
       2000. №3. С.20-25.
Зорина З.А., Полетаева И.И., Резникова Ж.И. Основы этологии и
       генетики поведения. Москва. Изд-во МГУ, 1999.
Корочкин Л.И., Михайлов А.Т. Введение в нейрогенетику. Москва.
       Изд-во “Наука”, 2000.
Красота и мозг. Биологические основы эстетики.
       /Под ред. И.Ренчлера, Б.Херцбергер, Д.Эпстайна. Москва. Изд-
       во “Мир”, 1995. (Пер. с англ.).
Мозг. /Хьюбел Д., Стивенс Ч. И др..
       Москва. Изд-во “Мир”, 1984. (Пер. с. англ.).
Нейрохимия. / Под ред. акад. И.Л.Ашмарина и проф.
       П.В.Стукалова. Москва. Изд-во Института биомедицинской
       химии РАМН, 1996.
Равич-Щербо И.В., Марютина Т.М., Григоренко Е.Л. Психогенетика. Учебник для вузов. Москва, “Аспект-Пресс”, 1999.
Роуз С. Устройство памяти. От молекул к сознанию.
       Москва. Изд-во “Мир”, 1995. (Пер. с англ.).
Седов А.Е. Биология одарённости.//Лицейское и гимназическое образование. 2002, №2. С.41-50.
Эфроимсон В.П. генетика этики и эстетики.
       С.-Пб.. Изд-во “Талисман”, 1995.
Эфроимсон В.П. Гениальность и генетика.
       Москва. Изд-во “Русский мир”, 1998.
       

ЧАСТЬ III:
НА ПУТИ К СОВРЕМЕННОМУ БИОЛОГИЧЕСКОМУ ОБРАЗОВАНИЮ.
 
Глава 22.
ПРОГРАММА РАЗДЕЛА "МИР С ТОЧКИ ЗРЕНИЯ БИОЛОГИИ" В КОНТЕКСТЕ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОГО ИНТЕГРИРОВАННОГО КУРСА "ЕСТЕСТВЕННОНАУЧНАЯ КАРТИНА МИРА".
ПРЕДНАЗНАЧЕНА ДЛЯ ВЫПУСКНЫХ КЛАССОВ ПИЛОТНЫХ ШКОЛ, А ТАКЖЕ МЕЖДИСЦИПЛИНАРНЫХ ПОДРАЗДЕЛЕНИЙ ВУЗОВ.

       Ключевой этап формирования целостной научной картины мира в сознании учеников 10-11 классов средней школы - это интеграция пройденных в предыдущих классах дисциплин в единую структурированную систему знаний. Для этого необходимо поочерёдно рассматривать как взаимосвязи каждой дисциплины с другими, так и её собственные внутренние логические связи и специфические особенности, важные для миропонимания в целом, ещё не решённые основные проблемы, а также особенности профессиональной деятельности её представителей. Предложена такая - базирующаяся на системном подходе - программа преподавания современной биологии в контексте единого курса естествознания для старшего звена школы. Она позволит логично и компактно вписать основы современной биологии в целостную научную картину мира, опираясь на знания, полученные в течение всего предшествующего обучения в школе, а также поможет ученикам при выборе будущей профессии.
       Предлагаемая ниже программа ни в коей мере не претендует на центральное положение биологии в системе знаний о мире: это - лишь один из многих "центров кристаллизации" сведений, полученных в начальной и средней школе. Аналогичную программу могут разработать специалисты по каждой из школьных дисциплин. При этом в преподавание единого интегрированного курса естествознания в 1-2 последних классах предлагается включить обход всех "вершин знаний", подобных рассмотренной ниже биологической: именно так можно интегрировать открывающиеся при этом "горизонты"(включая и другие "вершины" в разных ракурсах) в единую картину мира.
       В школьном курсе как естественные науки в целом, так и биология должны занять подобающее место. Великий физик Д.Ландау был прав, говоря, что все науки делятся на естественные и противоестественные. Именно естественные науки, сочетая логику и эстетику, наблюдения и эксперименты, всегда обогащали интеллект - как гуманитариев, так и творцов техники.
       Из обывательского сознания стала как-то выпадать очевидная истина: законы Природы стоят над законами, изобретенными людьми. Мы - обитатели космоса, Солнечной системы. Мы существуем и передвигаемся на планете Земля. Мы - физические тела и полны механических, электрофизиологических, оптических, квантовых феноменов, специфических биохимических реакций. Мы содержим в себе и используем многие химические элементы и их соединения. Мы - носители наследственных программ, совершенствуемых эволюцией. Мы - живые существа. Поэтому основы астрономии, географии, физики, химии и биологии знать необходимо - чтобы понимать хотя бы азы того, как устроен наш мир и как в нём жить дальше.
       Перспективы различных наук - в рабочих диалогах между ними, приводящих к междисциплинарным исследованиям. Важно понимать, что буквально все ведущие области современных сфер деятельности (включая те, которые стали основными предметами коммерции) - электроника, биохимия, компьютерные технологии и многое другое - возникали и будут возникать "на стыках" изначально различных наук. И эти тенденции - срастания естественнонаучных, гуманитарных и технических подходов к знаниям и технологиям - резко возросли сейчас, с появлением новых методов анализа данных в компьютерах. По сути, все точные и технические науки - производные наук естественных и, в частности (особенно в нашем веке), - биологических. Облик и принципы работы большинства технических изобретений человечества - от первой глиняной посуды до автомобилей, плавательных и летательных аппаратов и компьютеров - заимствованы у живой природы. Да и гуманитарные знания всегда были теснейшим образом связаны с естественнонаучными, особенно с биологическими. Это тоже естественно: ведь вся история и культура человечества - при всём их богатстве и многообразии! - это проявления жизнедеятельности одного из миллионов видов планеты Земля. Потому и суть всех социальных и гуманитарных проблем биологична: это вопросы борьбы жизни со смертью, здоровья с патологиями - как внутри нас, так и вовне; как в физических, так и в душевных и духовных аспектах.
       Нейробиологи экспериментально доказали, что 80-90% наших знаний о мире нам даёт зрение, а нейронные связи в растущем мозге формируются именно благодаря новым объектам и ракурсам познания и деятельности. Поэтому с самого раннего детства и с первых же классов школы нужно питать мозг ребёнка, жадно ищущий впечатлений, - зрительными образами окружающего мира, грамотно выстраивая из них те зримые системы, для которых в средней и старшей школе следует дать термины, схемы, интерпретации, концепции, доказательства, формулы. Это целесообразно делать с позиций конкретных наук - естественных, гуманитарных, точных и технических. Давать эти знания надо компактно, занимательно и популярно - но при этом концептуально и логично, превращая познание из "кнута" в "пряник" - в непрерывное и интересное исследование-игру, полную тайн и загадок.
       С рождения и примерно до 10-11-летнего возраста раскрывать ребёнку явления и загадки реального мира может даже один педагог - но весьма квалифицированный и специально подготовленный. Ведь даже самые малые дети нередко задают такие вопросы, которые внешне предельно просты, но при этом фундаментальны и глубоки.
       Поэтому - начиная с уже с начальных классов, а в средних и старших классах всё чаще - педагог должен быть готовым отвечать ребёнку "Не знаю", "Попробую тебе ответить несколько дней (недель) спустя, поглядев книги и посоветовавшись с учёными." Отвечать так - честно и смело - необходимо. Ведь любая современная наука - это не свод абсолютных законов, способных объяснить всё в одной книжке-учебнике (как, увы, порой полагают наши учителя), а огромный океан знаний, стремительно увеличивающийся и при этом всё ещё изобилующий "белыми пятнами" - нерешёнными вопросами. Ложное всезнайство учителей - бич педагогики, формирующий у детей скуку и недоверие. А истинные знания ценны и привлекательны именно красотой и строгостью доказательств.
       Похвально появление нового поколения учебников, дающих детям сведения об окружающем мире уже в начальной школе. Порой эти учебники грешат фрагментарностью, но в целом эта тенденция радует. Нужно и новое поколение педагогов, которые смогут раскрывать богатства и тайны нашего зримого мира детям до 10-11-летнего возраста.
       Однако современному образованному человеку ясно, что уже с 5 класса любой школы преподавание в школе всех естественных наук одним общим учителем недопустимо: таких эрудитов нет - даже для уровня усреднённого детского восприятия. Это - прямой путь к фальшивому всезнайству, верхоглядству и тотальному невежеству. Даже дети-олигофреники имеют право знать свой мир таким, каким его постигли и постигают разные науки - пусть в виде лишь предельно простых образов и понятий. При этом следует подчеркнуть, что у каждой из естественных наук есть и всегда будут не только огромный багаж знаний и методов, но и свои специфические формы представления данных. Поэтому в средней школе (желательно даже не 6-го, а с 4-го класса) каждую из этих наук обязательно должен преподавать свой учитель - с активными междисциплинарными контактами в природе, в музеях, в школьных кабинетах. Мы обязаны сохранить и адаптировать для детского восприятия все наши науки - во всём их неизбежном многообразии.
       А в старшей школе, в 10-12 классах, эти науки необходимо интегрировать вновь - на новом интеллектуальном уровне. Ведь лишь опираясь на конкретные базовые знания в различных областях и ракурсах, можно доказательно преподавать подросткам те общие идеи и методологии, которыми живёт мыслящая и творящая часть современного человечества: концепции информации, индивидуального развития, эволюции, устойчивости, модели синергетики, осмысление пространственных объектов (морф, фракталов) и т.п.. Выполнить эту задачу позволит интегративная программа естествознания для старших классов (Хотунцев и др., 1997).
       Теперь - собственно о биологии в контексте этой программы.
       Самые доказательные из гуманитарных наук - структурная и сравнительная лингвистика, археология, история искусств - естественны по задачам, логике, методам и формам представления данных. Они просто уже во-всю работают методами, чрезвычайно похожими на методы биологов - генетиков и морфологов. Но с гуманитарными знаниями биология была связана всегда. Вся история искусств и религий пронизана верованиями и представлениями о живых существах.
       И не удивительно. Ведь биологична сама суть всех проблем человека и общества: это жизнь и смерть, природа вокруг нас и в нас самих - в живых существах и их природных сообществах, личностях, этносах, странах, человечестве, биосфере. Это и знания о здоровье тела и духа, причинах его нарушений и путях возврата к норме; медицина - это практические разделы биологии лишь одного из миллионов видов Земли - человека. Всё, что мы едим, за исключением поваренной соли, - это тела живых существ. Наша "искусственная" среда сплошь биогенна: всё, что окружает человека (включая многие металлы) - это продукты жизнедеятельности разнообразных организмов. Технические творения человека - от ручного рубила и чаши до автомобиля, ракеты, компьютера и Интернета - биоморфны по форме и/или по сути. Ландшафты и химизм поверхности нашей планеты во многом преобразованы деятельностью разнообразных живых организмов. Лишь ничтожную долю видов земли человек включил в свою хозяйственную деятельность; большинство диких видов он всё ещё неразумно уничтожает. Человек вписан в экосистемы и не смеет нарушать их основных законов: уже сейчас это чревато глобальным кризисом. У живых существ можно и нужно учиться Жизни - от формальной логики до глубин этики. (Увы, - как правило, люди вспоминают всё это лишь как обыватели-потребители, и зачастую - поздно.).
       Поэтому любому современному человеку необходимо знать современную биологию - пусть не во всех деталях, но как целостную систему доказательных знаний, органично и многогранно вписывающуюся в общую картину мира.
       Однако в этой картине ещё зияют, маня исследователей, "белые пятна" - неразгаданные тайны природы. Особенно много загадок таит в себе живое. И эти загадки следует не скрывать от детей ложным всезнайством, а смело оглашать. Наряду с современными знаниями, они должны быть чётко показаны - как при работе с уже созданными образами живого (в книгах, в природе, в музеях), так и в планируемых нами пособиях с новой когнитивной графикой. Загадочность - мощнейший стимул к дальнейшему познанию.
       В биологии формы представления данных наиболее многообразны. В ней обильно представлены не только методы формализации и изобразительные средства всех других естественных наук - она богата ещё и цветными изображениями собственных сложных объектов, в том числе зачастую невидимых и/или многоуровневых - и при этом движущихся, взаимодействующих, развивающихся. Это - сложнейшие проявления того, что математики называют динамической топологией. И проблемы биологии своеобразны: в них проявляются сложность и иерархическая многоуровневость живого - структурная, функциональная, классификационная. В них фигурируют смыслы макромолекулярных текстов и их пространственно-временные интерпретации самими живыми системами; обусловленные эволюционным родством или же сходными адаптациями многоаспектные отношения сходств; сложная неравновесная динамика; различные формы саморазвития (онтогенез, эволюция, сукцессии).
       Пока ещё не всегда обладая строгими доказательствами и даже подходящими методами и моделями (как астрономы, физики и географы), переходами от схем и лабораторий к промышленным технологиям (как химики и математики), биологи изучают самые сложные и загадочные системы, активно и критично ассимилируя достижения всех других наук, а порой и развивая их. Примерами этого стали биофизика, биохимия, дискретная математика и генетическая инженерия в контексте современной геномики, промышленное и социальное прогнозирование и планирование на базе диктуемых экологическим кризисом императивов.
       Биологию принято считать лишь естественной наукой, причём лишь описательной. Между тем за последние 40 лет многие разделы биологии стали и становятся точными и даже технологическими науками. Это - биофизика, молекулярная и клеточная биология, биология развития, нейробиология, различные биотехнологии включая генную и клеточную инженерию, технические аспекты экологического мониторинга, прогнозирования и планирования. Да и гуманитарии в своих исследованиях всё чаще опираются на новейшие биологические знания. Например, изучая историю народов и культур Земли, используют данные об их родстве, полученные сравнениями их ДНК; вся история культур - искусств, религий, философий - буквально пронизана био-мистическими знаниями и представлениями. И всё это можно и нужно популяризировать с малых лет.
       Но, увы, - ни то, над чем работают биологи последние 35 лет, ни ещё остающиеся неразгаданными тайны живого до сих пор не были отражены в отечественных школьных программах и образовательных стандартах. Удивительные открытия последних десятилетий достоверно доказали, что некоторые утверждения, всё ещё тиражируемые в наших учебниках, просто ложны. Однако эти достижения биологии почти не охвачены ни школьной программой, ни музейными экспозициями. А ведь многие из этих открытий сделаны именно потому, что в биологических исследованиях всё больше используются законы и методы химии, физики и математики! "Срастания" современных наук создают прекрасные возможности для теснейших междисциплинарных контактов учителей-естественников: биологов, физиков, химиков, географов и астрономов - посредством совместных экскурсий и других форм внеклассной работы, а также лабораторной и логической обработки данных, приносимых в школьные кабинеты извне.
       Преподавать лишь те же биологические знания, что и 35 лет назад - всё равно, что преподавать сейчас физику времён Ньютона. Это - беда нашей педагогики.
       Ситуация осложняется тем, что, развлекая публику, СМИ всё чаще путают строго доказанные факты, эмпирические обобщения, гипотезы и теории с мифами массового сознания, метафорическими религиозными концепциями и даже с бредом (в строгом медицинском смысле). Примеры этого - шумиха вокруг генной инженерии, клонирования организмов, зомбирования психики, ряда экологических ситуаций. И, увы, - в рамках школьных программ и образовательных стандартов современный российский учитель биологии часто не способен объяснить ребёнку, где в газетной (журнальной) статье или телепередаче - правда, а где - ложь и бред.
       А ведь именно лже-биологические "знания" породили и продолжают порождать страшные и непоправимые социальные ошибки! Примеры тому - фашизм во всех его формах: от межэтнической ксенофобии до прямого геноцида; лысенковщина, сгубившая и лучшие умы, и сельское хозяйство нашей страны; дефекты отечественной медицины; наши экологические беды...
       Однако в мире сейчас выходят более 10000 наименований биологических и медицинских журналов, и ориентироваться в этом океане знаний не всегда умеют даже специалисты-биологи. Так нужно ли давать детям этот "океан" знаний?
       Не просто нужно, а необходимо - но как целостную упрощённую когнитивную "карту, лоцию и навигацию" этого "океана", избирательно "погружаясь" в самые занимательные и показательные из тысяч возможных сюжетов (наподобие того, как космонавты рассматривают с орбиты и Землю в целом, и её отдельные объекты). И при этом загадки и "белые пятна" биологии - да и других наук - необходимо не скрывать от ребёнка под флёром ложного всезнайства, а показывать и увлекать его ими. Ведь дитя - исследователь и изобретатель! Именно эти личностные свойства были важнейшими факторами развития цивилизаций и остаются залогом нашего будущего.
       Мир живого поразительно красив и разнообразен. На Земле - на суше и в воде - почти сотня типов растительных и животных сообществ, миллионы видов живых существ, около сотни типов (планов строения их тел), сотни вариантов клеток в нас самих, тысячи и десятки тысяч разных генов и белков в каждой клетке... Из этого соткано поразительное многообразие форм и процессов. И, чтобы их понимать, их надо видеть - красочно и живо. Созерцание, наблюдения, сопоставления и разумные деяния в природе формировали и формируют культуру - душу и разум человека и человечества. И это - прекрасный отдых!
       Мой Учитель, выдающийся биолог-педагог П.П.Смолин, говорил: "Грех и позор - изучать биологию в кабинете по чучелу вороны!". Биология более всех школьных дисциплин остро нуждается в профессионально организованном внеклассном когнитивном пространстве. Это - и природные ландшафты, и живые коллекции: дендропарки, ботанические сады, зоопарки, питомники.
       Но чтобы понять законы и увидеть загадки Живого, нужны ещё и "концентраты и коллажи знаний" - умно построенные композиции из биологических объектов, моделей, рисунков, фотографий и схем с чёткими и лаконичными пояснениями, а также красочные, предельно упрощённые и нетривиальные схемы тех структур, процессов и отношений, которых глазом не увидать. Частично - увы, далеко не достаточно! - эту задачу решают уже созданные учебники; значительно в большей степени - разнообразные музеи в крупных городах. Однако многих важнейших схем, которые сделали бы преподавание биологии в контексте школьного естествознания гораздо более современным, верным, ёмким и занимательным, ни в тех, ни в других всё ещё нет. А те, что есть, порой грешат неполнотой и ошибками. Все эти знания можно и нужно иллюстрировать - компактно, занимательно и понятно.
       Для преподавания необходимых основ биологии профессионально структурированное, лаконичное и занимательное освоение окружающего внеклассного когнитивного пространства - задача необходимая и чрезвычайно актуальная, в том числе и в контексте интегрированного курса естествознания для старшеклассников. Для углублённого факультативного обучения чрезвычайно важны также кружки и олимпиады.
       Приводимая ниже программа предусматривает как обязательную классную работу (20-40 часов, в соответствии с одним из двух предлагаемых вариантов (Хотунцев и др., 1997)), так и рекреационную внеклассную деятельность школьников и учителей (в той мере, в какой она выполнима для школ тех или иных городов России).
       Часть сюжетов этой программы - это конспективное повторение и углубление знаний, уже полученных в предыдущих классах, но на более высоком интеллектуальном уровне и в новых, интегративных аспектах.
       Основная цель курса: формируя у учащихся основы общей естественно-научной картины мира, развить у них: понимание многообразия и важности мест и ролей живого в этой картине, места человека как биологического вида в мироздании; рациональное и этичное отношение к живым существам и их сообществам; готовность беречь и защищать красоту и многообразие жизни - на Земле в целом и в родном крае в частности; представления об интеллектуальной глубине, эстетической красоте и этической направленности современной фундаментальной и прикладной биологии в общем контексте глобальной культуры и цивилизации.
       Основная идея курса состоит в том, чтобы показать учащимся, что знания о биосистемах - разнообразных, сложноорганизованных, развивающихся в соответствии с уникальными генетическими программами особей, многоуровневых, на различных уровнях взаимодействующих друг с другом и эволюционирующих,- необходимы не только для миропонимания, но и для развития и выживания человечества путём коэволюции с биосферой.
       При преподавании этого биологического раздела важнейшие задачи: популяризация и занимательность изложения; введение минимально необходимого количества чётко определяемых и разъясняемых терминов и концепций; подбор и комбинирование вербальных и визуальных образов.
       Как и в целом в интегрированном курсе естествознания, желательно использование видеофильмов и компьютерных средств - баз данных, обучающих программ и игр. При этом специфика биологии делает особый акцент на когнитивную графику, в том числе и динамическую (типа диалоговых обучающих игр, внешне напоминающих мультфильмы, но позволяющих "въезжать" в глубинные структурные уровни, сопоставлять объекты, наблюдать процессы и управлять ими). Но даже при недостатке технических средств обучения этот курс можно построить на умелом использовании уже опубликованных фотографий и рисунков, а также упрощающих цветных схем-эскизов, на "бумажных носителях". Подборки таких материалов могут стать базой для дальнейшего развития обучающей когнитивной графики - путём сканирования, коллажирования, комбинирования масштабов и анимизации этих изображений.

       Такой курс позволит:
1. На основе целостного описания окружающего мира сформировать у учащихся мотивации для изучения биологического разнообразия на всех структурных уровнях жизни, а также достижений и проблем современных наук о живом.
2. Решить и обратную задачу: опираясь на знания о многообразии биологических систем - структур, процессов, законов, а также ещё не решённых
проблем - глубже понять основные законы и загадки окружающего мира и их специфичность в феноменах жизни на Земле.
3. Сформировать навыки современного системного анализа на биологических примерах - как на моделях наиболее сложноорганизованных, компактных и "разработанных" многоуровневой биологической эволюцией.
4. Сформировать ответственность за жизнь в её многообразных проявлениях - как глобальных, так и локальных - мотивированную с позиций как собственно биологической эрудиции, так и гуманитарных и технических знаний и культуры.
5. Добиться синтеза широко распространённого - эстетического и эмоционального - интереса к живым существам с глубокими когнитивными мотивациями, опирающимися на современные знания - общесистемные, естественнонаучные в целом, а также собственно биологические.
 
       ПРОГРАММА КУРСА

1. Различные дисциплины с позиций биологии.

1.1. Биология и астрономия: жизнь во Вселенной.
1.1.1. Диапазоны условий, в которых жизнь существует на Земле: температуры, освещённость, влажность, агрегатные состояния среды, химическое окружение организмов. Обитатели экстремальных биотопов на Земле.
1.1.2. Земля - исключительный феномен или правило? Гипотезы земного и внеземного происхождения жизни: факты "за" и "против".
1.1.3. Эксперименты по выявлению жизнедеятельности на других планетах.
1.1.4. Подходы к выявлению внеземного разума.

1.2. Биология и физика.
1.2.1. Биомеханика.
1.2.1.1. Механические особенности на разных структурных уровнях живого. Эволюция с позиций биомеханики. (Концепция С.Шноля и т.п.).
1.2.2. Оптические явления в биологии: зрение в эволюции и экологии животных.
1.2.3. Акустические явления в биологии: слух -"-"-"-
1.2.3. Биологическая термодинамика.
1.2.4. Электрические явления в биологии: принципы формирования
импульсов в различных органах чувств и их проведения в
нервных клетках.
1.2.5. Квантовые аспекты некоторых биологических процессов.
1.2.6. Биоинформатика: информационные макромолекулы и кодирование в них наследственных программ развития.

1.3. Биология и физическая география.
1.3.1. Преобразование поверхности Земли живыми существами.
1.3.2. Адаптации организмов бактерий, животных и растений к разным климатам и ландшафтам.
1.3.3. Многообразие и особенности растительных и животных сообществ - сухопутных, морских, пресноводных.

1.4. Биология и химия.
1.4.1. Химические элементы в живых системах.
1.4.1.1. Роли основных макро- и микроэлементов в различных биомолекулах и организмах.
1.4.1.2. Биотический круговорот основных макроэлементов в локальных экосистемах и в целом в биосфере.
1.4.2. Основные типы биологических молекул и их роли в биосистемах.
1.4.2.1. Низкомолекулярные соединения: моносахариды; спирты, альдегиды и кетоны; жиры; аминокислоты; циклические соединения (в объёме школьного курса органической химии, но в аспекте биологических функций).
1.4.2.2. Высокомолекулярные соединения: полисахариды, белки, нуклеиновые кислоты. Особенности структур и функций информационных макромолекул (ДНК, РНК, белков).
1.4.2.3. Общая система обмена веществ в организмах (с блок-схемой). Биосинтез белков, дыхание, фотосинтез.
       
1.5. Взаимодействия биологии с точными и техническими науками.
1.5.1. Примеры подражания живой природе (бионика).
1.5.2. Биологические аспекты развития математики.
1.5.2.2. Есть ли биологический субстрат у математических понятий?
1.5.2.3. Области математики, возникшие и развивающиеся благодаря биологии.
1.5.2.3.1. Статистика.
1.5.2.3.2. Компьютерный анализ информационных макромолекул (ДНК, РНК, белков): программы и банки знаний.
1.5.2.3.3. Биоморфность фракталов и фрактальность в биологических системах.
1.5.2.3.4 Модели экосистем - математические и лабораторные.
1.5.3. Разработки общей теории систем
       (фон Берталанфи и Кэннон как биологи).
1.5.4. Кибернетика и теория информации
       (Н.Винер, К.Шеннон, М.Аптер и др. о проблемах биологии).
1.5.5. Синергетика: от концепций эквифинальности (К.Дриш), креодов и бифуркаций (К.Уоддингтон) - к современным моделям аттракторов и бифуркаций.
1.5.6. Будет ли создана общая теоретическая биология? - История подходов.

1.6. Гуманитарные и экономические аспекты биологических знаний.
1.6.1. Донаучные, художественные и религиозные представления о феноменах жизни в истории различных цивилизаций. "Предвидения" проблем современной науки и заблуждения прошлого.
1.6.2. Применение бактерий, грибов, растений, животных в истории
цивилизаций: питание, медицина, лёгкая промышленность, энергетика и пр..
1.6.2.1. История опасных инфекций и борьбы с ними.
1.6.2.2. Традиционные биотехнологии в пищевой и лёгкой промышленности с использованием бактерий и грибов (лишь описания - без формул).
 1.6.2.3. История применения некоторых лекарственных растений.
 1.6.2.4. Центры происхождения основных культурных растений (по Н.И.Вавилову) и домашних животных.
 1.6.2.5. Достижения современных биотехнологий, включая генную инженерию, с использованием организмов - представителей
различных царств (лишь описания результатов - без профессиональных схем методов). Реальные перспективы, надежды и опасения.
1.6.3. Медицинские аспекты биологии (биология и человеческий организм).
1.6.3.1. Основные этапы истории медицины.
1.6.3.2. Современная биология - медицине. Реальные достижения, перспективы и опасения (проблемы биоэтики):
       -опыты на животных и людях (включая создание межорганизменных генетических и клеточных химер);
       -знания о геномах индивидов, генная терапия, евгеника;
       -пренатальная диагностика и аборты;
       - новые репродуктивные технологии человека,
       -трансплантация органов и тканей;
       -вмешательство в высшие психические функции;
       -забота об умирающих;
       -СПИД и другие современные особо опасные инфекции.
1.6.4. Биология и человеческие сообщества.
1.6.4.1. Социобиология: биологические основы этики у животных и людей (этология и психология). Общебиологическое и специфическое в человеческой культуре.
1.6.4.2. Разнообразие людей: основные расы и народы.
1.6.4.3. История человеческих популяций: миграции и репродуктивные традиции.
1.6.4.4. Проблема демографического взрыва и пути её решения.
1.6.4.5. Преобразование различных ландшафтов человеком: история, современность, прогнозы.
1.6.4.6. Глобальный экологический кризис - конфликт биосферы и техносферы. Возможные способы его разрешения.

2. Фундаментальные проблемы, специфические для биологии
       ("белые пятна", требующие дальнейших научных исследований).

2.1. Возникновение жизни:
       - случайность или закономерность;
       - критерии живого;
       - этапы формирования минимально необходимых геномов
       (от коацерватов и микросфер - к "миру белков" или к "миру
       РНК"?).
2.2. От организмов-клеток к многоклеточным организмам.
2.2.1. Прокариоты и эукариоты: сходства и различия генов и клеток. Новое в эукариотической клетке: ядро и хромосомы, симбиотический характер клетки.
2.2.2. Развитие жизненных циклов эукариот: митоз, мейоз и половой процесс, их генетическое и экологическое значение.
2.2.3. Чередование форм в жизненных циклах представителей основных типов растений, животных, грибов - экологическое и эволюционное значение.
2.3. Генетика: кодирование смыслов в генетических программах (аналогии с объектами лингвистики и культурологии).
2.4. Онтогенез: реализация генетических программ в пространстве и времени фенотипов. Геномы - управляющие и/или управляемые структуры?
2.5. Нейробиология: физические субстраты высших психических функций на разных уровнях (генетическом, биохимическом, клеточном, анатомо-физиологическом, перцептивном).
2.6. Многоуровневое биоразнообразие на разных структурных уровнях:
       - малых молекул;
       - информационных макромолекул;
       - динамических белковых и мембранных комплексов;
       - размножения, дифференцировки и поведения клеток;
       - морфогенеза и строения - тканей, органов, их систем;
- обликов, планов строения и эволюционно-систематического
       положения организмов разных царств;
       - популяций и видов (полиморфизм);
- экосистем, биоценозов различных ландшафтов и природных
       зон.
2.7. Процессы, обусловленные взаимодействиями уровней. Характер взаимодействий, проблемы направленности, предсказуемости и управляемости следующих процессов:
       -онтогенез и дизонтогенез (морфологические уродства, психические аномалии, рак, иммунодефициты, старение);
       -эволюция (молекулярная, клеточная, морфологическая, функциональная);
       -экологическая сукцессия на разных уровнях экосистем.


3. Внутренняя структура современной биологии. Связи традиционных областей и новые "зоны роста".

(Предлагается создать 2 цветных схемы - когнитивных карты биологии - по состоянию на 40 лет назад и сейчас, с использованием карт Ю Гарфилда).

4. Основные современные методы биологии. Их специфика для разных структурных уровней биосистем и разделов биологии. Роль других наук в зарождении и развитии этих методов (на конкретных примерах).

4.1. Наблюдательные.
4.2. Предметно-аналитические.
4.3. Экспериментальные (in vitro, in vivo).
4.4. Логические и алгоритмические.

5. Пространства, в которых работают биологи, и специфика работы в них:

5.1. Природа (полевые и экспедиционные исследования) - дикая и
       окультуренная, в различных точках Земли.
5.2. Лаборатории.
5.3. Музеи.
5.4. Ботанические сады, зоопарки, питомники и т.п..
5.5. Библиотеки.
5.6. Промышленные объекты (пищевая, лёгкая, фармакологическая
       промышленность, природные источники топлива и руд).
5.7. Космические летательные аппараты.
5.8. Виртуальные пространства.

       По пп.2-5 желательны разработки новой когнитивной графики в виде упрощающих и обобщающих цветных схем - статических, а в перспективе и компьютерных динамических.

       По данному разделу, как и при изучении всего курса "Естественнонаучная картина мира", учащимся предлагается выполнить небольшие собственные обзорные исследования и оформить их в виде рефератов (объём - 5-6 машинописных листов текста, не считая списка использованной литературы). Создание реферата должно не заменять учебных занятий в классе по всему данному разделу, а облегчать сдачу соответствующего зачёта. Нумерация рефератов соответствует нумерации тем в приведенной выше программе; если на одну тему программы приходится несколько вариантов тем рефератов, то они обозначены заглавными буквами после цифр.
       Для некоторых сюжетов, их описания в программе, приведенные выше (и, соответственно, развёрнутые изложения в учебном курсе) могут помочь при создании соответствующих рефератов.

       ПРИМЕРНЫЕ ТЕМЫ РЕФЕРАТОВ

1.1.1. Новое об экстремальных биотопах и живых существах, их населяющих.
       ("Чёрные курильщики" и выходы магмы на дне океанов; жизнь во льдах и снегах; заселение лавовых потоков; обитатели промышленных загрязнений; жизнь в гейзерах, токсичных средах, атомных реакторах и т.п.).
1.1.2.-1.1.3. Поиски внеземной жизни и инопланетных цивилизаций: правда и вымыслы.
       (Детекторы жизни на Марсе, астрофизические данные и т.п.).
1.2.1. "Изобретения" живой природы, использованные в технике - история и современность: механические устройства, средства передвижения и т.д..
1.2.2. от глаза - к оптическим приборам.
1.2.3. от органов слуха - к акустическим приборам.
1.2.4.А. От электрофизиологических открытий - к техническим изобретениям.
1.2.4.Б. Живые системы и современная электроника: аналогии и
       заимствования.
1.3.1. Как живые существа преобразуют облик нашей планеты.
1.3.2. Жизнь в экстремальных условиях: диковинные живые существа.
1.3.3. Необычные экосистемы.
1.4.1. Новое о ролях химических элементов в жизнедеятельности (элементы - по выбору учащегося).
1.4.2. Общая картина обмена веществ в клетке и его основные особенности в нескольких крупнейших систематических группах организмов.
1.5.2.А. Жизнь - математические модели и реальность.
       (Раздел биологии - по выбору учащегося).
1.5.2. Б. Биоинформатика: компьютерные программы и банки данных в работе современного биолога. (Раздел биологии - по выбору учащегося: молекулярная биология, медицина, мониторинг экосистем и др..).
1.5.3. Становление и развитие в нашем веке взглядов на феномены жизни как на системы. (Примеры - по выбору учащегося.).
1.5.4. Информационные процессы в биосистемах. (Раздел биологии - по выбору учащегося: современная генетика, эмбриология, физиология, этология, экология).
1.5.5. Идеи синергетики в современной биологии.
1.6.1.А. Правда и вымыслы о животных в истории культуры.
       (Культурные ареалы и эпохи - по выбору учащихся.).
1.6.1.Б. То же - о растениях. (---"---"---).
1.6.2.А. История 4-5 культурных растений (или домашних животных - по выбору учащегося) глазами кулинара.
1.6.2.Б. То же - глазами медика.
1.6.2.В. То же - глазами промышленника-предпринимателя.
1.6.2.Г. Возбудители опасных инфекций: прошлое и настоящее.
       Биология ХХ века в борьбе с ними.
1.6.3. Биология конца ХХ века: новые медицинские задачи и
       этические проблемы. (Какой-либо из сюжетов,
       перечисленных в программе - см. выше - по выбору
       учащегося.).
1.6.4.1. Этология животных и этика человека.
1.6.4.2. Врождённые и приобретённые черты поведения у животных и человека. Биологические основы высших проявлений психики.
1.6.4.3. Страницы истории (по выбору учащегося) с позиций генетики.
1.6.4.4. Демографические проблемы современного мира и современной России. Возможные пути их решения.
1.6.4.5. Экологические проблемы современной России. Возможные пути их решения.
1.6.4.6. Основные аспекты глобального экологического кризиса и возможные пути их преодоления.
2.1. Основные концепции возникновения жизни, предложенные за
       последние 40 лет.
2.2.А. Гипотезы об эволюционном формировании многоклеточных
       организмов из одноклеточных.
2.2.Б. Общая система живых организмов сегодня.
2.3.А. Современные представления о структурах и принципах работы генов прокариот и эукариот.
2.3.Б. Международная программа "Геном человека" в применении к
       человеку и к другим организмам: теоретико-биологические,
       медицинские, технические и/или гуманитарные аспекты.
       ("Или" - по выбору учащегося).
2.4. Как развивается многоклеточный организм? (Основные концепции современной эмбриологии).
2.5. Как работает мозг? (Основные современные представления).
2.6. Живое: многоуровневое разнообразие. (Описания основных
       особенностей разных структурных уровней биосистем.).
2.7. Многоуровневые процессы. (Один из перечисленных в
       этой программе - по выбору учащегося.).
3. Когнитивная карта современной биологии, её связи с другими областями науки и практики. (Основная часть этого реферата - цветная схема с краткими пояснениями).
4. Взаимодействия различных групп методов (4.1.-4.4. в Программе – см. выше) в какой-либо области биологии. (Область - по выбору учащегося.).
5. История из жизни биолога или коллектива биологов последних 3-4 десятилетий, характеризующая профессиональные особенности их работы. (Ареалы их работы - по выбору учащегося в соответствии со списком, см. в Программе, 5.1.-5.5.).
       
 ЛИТЕРАТУРА

Албертс Б. и др. Молекулярная биология клетки. В 4 т.
       Москва, Изд-во “Мир”, 1994.
Блум Ф., Лейзерсон А., Хофстедтер Л. Мозг, разум, поведение.
       Москва, Изд-во “Мир”, 1988.
Воронцов Н.Н. Развитие эволюционных идей в биологии.
       Москва, Изд-во “Прогресс-Традиция”, 1999.
Гилберт С. Биология развития. В 3 т. Москва, Изд-во “Мир”, 1993.
Глик Б., Пастернак Дж. Молекулярная биотехнология. Принципы и
       применение. Москва, Изд-во “Мир”, 2002.
Еськов К.Ю. История Земли и жизни на ней.
       Москва, Изд-во МИРОС, 2000.
Жизнь растений. В 6 т.
       Москва. Изд-во “Просвещение”, 1974-1982.
Грин Н., Стаут У., Тейлор Д. Биология. В 3 т.
       Москва, Изд-во “Мир”, 1993.
Жизнь животных. В 6 т. Москва. Изд-во “Просвещение”. (Издание
       1970-х или 1980-х гг.).
История биологии. Под ред. С.Р.Микулинского. В 2 т.
       Москва, Изд-во “Наука”, 1972, 1975.
Ичас М. О природе живого: механизмы и смысл.
       Москва, Изд-во “Мир”, 1994.
Красота и мозг. (Коллективная монография - сборник статей.).
       Москва, Изд-во “Мир”, 1994.
Лапо А.В. Следы былых биосфер. Москва, Изд-во “Знание”, 1979.
Медников Б.М. Аксиомы биологии.
       Москва, Изд-во “Знание”, 1984.
Медников Б.М. Биология: формы и уровни живого.
       Москва, Изд-во “Просвещение”, 1994.
Небел Б. Наука об окружающей среде. В 2 т.
       Москва, Изд-во “ Мир”, 1993.
Роуз С. Устройство памяти. От молекул к сознанию.
       Москва, Изд-во “Мир”, 1994.
Сойфер В.Н. Международная программа "Геном человека"//
       Соросовский образовательный журнал. 1998. №12. С.4 - 21.
Хотунцев А.Ю., Мамедов Н.М., Хотунцев Ю.Л. Программа
       экспериментального интегрированного курса
       "Естественнонаучная картина мира". //Вестник РУДН, сер.
       Фундаментальное естественнонаучное образование, 1997,
       №3 (1-3). С.214-227.
Энциклопедия для детей. Биология. (Т.2).
       Москва, Изд-во “Аванта +”, 1994.
Эфроимсон В.П. Генетика этики и эстетики.
       Санкт-Петербург, Изд-во “Талисман”, 1995.
Эфроимсон В.П. Гениальность и генетика. (Сборник работ).
       Москва, Изд-во “Русский мир”, 1998.

Глава 23.
МУЗЕЙ-ЗАПОВЕДНИК "ЦАРИЦЫНО" КАК ОБЪЕКТ НАГЛЯДНОЙ ВНЕКЛАССНОЙ РАБОТЫ
ПО ЕСТЕСТВОЗНАНИЮ.

 Предложенные в этой главе принципы и общую структуру работы можно экстраполировать и ни другие природные массивы. Из нескольких десятков природных массивов Москвы, в качестве примера рассмотрим Царицыно. Именно здесь на сравнительно небольшом пространстве сочетания рельефа, природы и воплощённой в архитектуре истории столь уникальны и красивы, что могут вызвать самый острый интерес и у учителей, и у школьников и их родителей.
       Приведенный ниже текст "Волшебное Царицыно" (ниже, курсивом) - это краткий комплексный природно-исторический очерк, написанный автором этой книги на базе нескольких монографий (см. список литературы - 1.2.1, 1.2.2.) и бесед с коллегами - биологами. Написан он в занимательной форме - именно для того, чтобы увлечь учителей и школьников и послужить им "мини-путеводителем". Для начальных классов во время учебных прогулок по Царицыну учитель может упрощённо пересказывать детям сюжеты из этого очерка, при этом демонстрируя на местности соответствующие объекты - примерно по следующим темам:
 “Элементы ландшафта: холмы, долины речек и прудов, ручьи, обрывы, овраги”.
“Что такое ледник и каковы его следы”.
“Древесные, кустарниковые и травянистые растения Царицына - дикорастущие и декоративные”.
“Смена времён года”.
“История окружающей местности”.
“Уникальные архитектурные памятники".
       Ученикам средних и старших классов текст "Волшебное Царицыно" лучше читать целиком перед соответствующими учебными прогулками. В целом эти прогулки можно строить как интересные коллективные обучающие игры - "комплексные мини-экспедиции". При этом ученики разных возрастов могут участвовать в них одновременно, вместе проводя большинство наблюдений и сборов, описанных ниже. Для младших школьников эти экскурсии должны быть ориентированными в основном на непосредственное восприятие. А у учеников средних и старших классов познавательная деятельность (в частности, в Царицыно) должна быть многообразнее не столько благодаря большему охвату зрительного материала (который сам по себе эмоционально привлекателен), сколько благодаря более многоаспектному его анализу - в контекстах изучаемых школьных дисциплин. Общая цель таких экскурсий - показать единство мира, наши рациональные и эстетические связи с мирозданием, взаимосвязи природы и человеческой истории, разнообразие природных объектов и живых существ.
       Ниже предлагаются основные виды познавательной деятельности школьников (в Царицыно, а с некоторыми дальнейшими модификациями - и в других природных массивах города). Варианты учебно-исследовательской деятельности для младших классов обозначены [М:], а для средних и старших - [C: - с указанием конкретных школьных дисциплин, к темам которых они относятся].
1. М: С помощью учителя найти Царицыно на карте Москвы.
       С: География, Москвоведение.
       Перед экскурсиями:
       а). Найти также упомянутые в очерке пункты Москвы - Коломенское, Новоспасский монастырь - и сравнить радиусы обзора архитектурных композиций столицы 200 лет назад и сейчас.
       б). Спланировать по карте маршруты прогулок по Царицыну.
 На местности:
       в). Ориентироваться по карте и компасу в различных точках Царицынского комплекса.
       г). Для развития глазомера - "на глазок", стандартными измеренными шагами, с помощью дальномера и карт определять расстояния: длину Царицынского пруда, фасада Большого дворца, фасадов и боковых стен других дворцов и т.п.; "на глазок" и с помощью дальномера определить высоту дворцов и старых лиственниц около них.
       д). Провести учебную съёмку местности - составить карту Царицынского парка и его ближайших окрестностей. Полученную карту сравнить с уже имеющимися (в администрации парка, а также - см. список литературы).
2. М+С: География, Биология (Ботаника, Зоология, Экология),
       Москвоведение: Фотографировать и зарисовывать царицынские пейзажи, растения, животных, архитектурные ансамбли. В школе - составлять из рисунков и фотографий тематические альбомы с надписями.
3. М: Собирать образцы камней, осадочных пород и почв - на холме, у пруда, вдоль ручьёв и речек.
       С: География. Кроме этого, определить и различать найденные минералы, кристаллические и осадочные породы, почвы.
       Проконсультироваться можно в Музее землеведения МГУ (В Главное здание МГУ на Воробьёвых горах - верхние этажи под шпилем).
4. М+С: Знать названия встреченных деревьев, кустарников и травянистых растений - с тем, чтобы в дальнейшем по популярным изданиям ознакомиться с особенностями их жизни.
       С: Биология (Ботаника, Экология). Кроме этого:
       а). Собрать маленькие образцы представителей различных типов растений: водорослей (в прудах, ручьях, на коре деревьев), грибов, лишайников, мхов, хвощей, папоротников, голосеменных (ветви сосны и лиственницы), покрытосеменных (ветки массовых деревьев и кустарников, побеги и цветы травянистых растений). Образцы брать в минимальных количествах, - помня, что растения - это живые существа, и их надо беречь. В школьном кабинете биологии их можно препарировать, рассматривать под бинокулярной лупой и под микроскопом и сравнивать.
       б). Описывать сообщества растений с перечислением составляющих их видов: "Флора липового парка", "Прибрежная флора пруда (болота, ручья)", "Флора оврагов (внутри парка и между Царицыно и Орехово)" и т.п. Каждое такое описание должно начинаться с описания локального рельефа и почв.
       в). Определять по годичным кольцам на срубах и пнях мёртвых деревьев их возраста и условия их жизни в прошлые годы. (Кольца нарастают по внешнему периметру древесины; они тем толще, чем лучше были условия).
 5. М +С: Ловить сачком в пруду и в других проточных и стоячих водоёмах для школьного аквариума водные растения и мелких животных: моллюсков, пиявок, ракообразных, водных личинок различных насекомых, водных клопов и жуков и их личинок, мелких рыбок, возможно - также губок и мшанок. (Узнать их названия и прочитать об их жизни можно в книге:
       Плавильщиков Н.Н. Жизнь пресных вод. - Любое издание). Можно ловить и наземных беспозвоночных на почве и растениях, под лежащими предметами.
       С: Биология (Ботаника, Зоология, Экология). а).Рассматривать пойманных живых существ как представителей соответствующих типов растений и животных (внешний вид и строение, особенности питания, образ жизни), а также как представителей пресноводных и почвенных сообществ.
       Сравнивать флору и фауну разных пресноводных водоёмов и почв.
       б).Под микроскопом - рассматривать и сравнивать микроскопические пресноводные водоросли, а также микроскопических животных четырёх типов: простейших (жгутиковых, корненожек, инфузорий), нематод, коловраток, планктонных членистоногих (ракообразных). Нематоды, коловратки и рачки интересны и тем, что это - мелкие многоклеточные животные, сквозь прозрачные покровы которых хорошо видны различные работающие системы органов. Следует также сопоставить облик и строение крупных и микроскопических представителей планктона и бентоса.
       в). В две отдельных банки поместить одинаковые количества воды, донного ила и водорослей из одного и того же водоёма. Одну из них поместить в темноту, а другую - на свет. Через 3-4 недели под микроскопом сравнить в них видовой состав и численности микроскопических организмов, таким образом выявив тенелюбивые и светолюбивые виды. Аналогично можно исследовать влияние на эти сообщества охлаждения ( с помощью холодильника - вторую банку тоже поместив в темноту), различных солей в разных концентрациях (соли можно взять у преподавателя химии).
 Примечания к пп.4,5. Не следует собирать ни массивные гербарии, ни коллекции насекомых: их создание сопряжено с умерщвлением живых существ. Для работы с определителями их вполне заменят фотографии и зарисовки. Забирать в школы можно только те живые растения и животных, которые предназначены для "живых уголков", в которых за ними будут ухаживать и наблюдать. Водные растения и животных из каждого водоёма следует брать отдельно - вместе с той водой, в которой они обитают. Не надо ловить мелких рыбок на удочку: травма рта для них губительна. Следует знать, что ни одно из водных животных Москвы и Подмосковья (включая пиявок) для человека не опасно - следует лишь мыть руки перед едой.
6. М+С: Биология (Зоология, Экология). Наблюдать и определять птиц в естественных условиях в разные времена года и слушать их голоса. (Голоса большинства видов птиц можно услышать лишь в гнездовой период - в мае-июне). Если удастся записать голоса на магнитофон - запоминать и узнавать, каким видам они принадлежат. Консультироваться можно в Кружке юных
биологов при Дарвиновском музее (см. справочные данные в конце главы.).
Примечание. Если в гнездовой период будут найдены гнёзда, то наблюдать за ними следует лишь издалека, чтобы не отпугнуть птиц-родителей. В конце гнездового периода - найденных птенцов-слётков трогать не надо, так как на земле и на ветвях их ещё докармливают родители.
7. М, С: Биология (Экология), История, Москвоведение. Царицыно - яркий и редкий пример того, что если даже в течение столетий человек направленно, но разумно изменяет ландшафт и экосистемы, то их развитие может оставаться весьма гармоничным. Следует показать детям, как и почему урбанизация и индустриализация оказали сравнительно слабое воздействие на природу Царицына (и всё же в левобережном парке сравнительно недавно ещё могли охотиться - см. очерк ниже). Затем, в свете злободневных экологических проблем, Царицыно надо зримо сопоставить с менее экологически благополучными территориями города - с каким-либо участком в центре города, промышленной зоной или/и "спальным" районом - как по эстетическому воздействию, так и по биоразнообразию, т.е. по количествам видов растений, насекомых и птиц.
       Как и большинство природных комплексов, Царицыно предоставляет сравнительно немного материалов для учебно-познавательных исследований в рамках школьных программ по физике и химии. Например, можно измерять освещённость в различных участках парка на суше, у водоёмов, в руинах Большого дворца (кстати, освещённость интересно сопоставлять с составом флоры - см. п.4),; в пруду с лодки можно определять прозрачность воды (с помощью светлого диска, прикреплённого к лоту - верёвке с узлами-отметками метров) и её сезонные изменения, которые можно связать с размножением планктона (см. пп.4, 5); в школе с помощью весов и мерных мензурки и стакана можно определять плотности различных принесенных образцов минералов. (В целом занимательные физические наблюдения в природе отлично описаны в книгах Я.И.Перельмана - "Занимательная физика" и других.). Под руководством учителя химии можно пронаблюдать реакцию известковых отложений и других принесеных в школу образцов с сильными кислотами. Зато для увлекательных работ по географии, по большинству разделов биологии, а также по истории отечества и москвоведению этот комплекс уникален: на сравнительно небольшой территории здесь сочетаются разнообразные ландшафты, стации и экологические системы. В дальнейшем Царицыно можно будет сравнивать с другими подобными комплексами Москвы и других городов.
       Познавательность и продуктивность всех описанных видов деятельности в огромной степени зависят от того, насколько они станут увлекательными для учащихся. Имеет смысл проводить их в виде разнообразных конкурсов самостоятельных работ - коллективно определяя и награждая победителей.
Очевидно, именно такой подход может привить детям глубокую любовь и к реалиям окружающего мира, и к изучающим их наукам.

       ВОЛШЕБНОЕ ЦАРИЦЫНО
       Мы - на юге Москвы. От метро и платформы Царицыно - минут пять ходьбы от центра по дороге левее путей, и вдруг - обширный дивный пруд, а за ним - огромный лесистый холм, на котором, как древняя корона на лохматой голове, - загадочные дворцы. Медленно взойдём туда...
       Как писали про парк Царицыно ранее! Лучше не скажешь, да и все эти слова справедливы и сейчас. "Село Царицыно ... столь оделося приятными рощами и видами разных картин, что едва ли в самой Англии таковое место найдётся." (В.Баженов, 1784 г.). "Вид же Царицына при въезде так хорош и приятен и великолепен, ... истинно ничего для глаз так приятного я не видел."(Я.Брюс, письмо Екатерине II, 1784 г.); "...чудесные, разнообразные в нём виды: скромные и великолепные, на холмах возвышенных и в чащах непроходимых, на берегу озёр и на цветущих островах разбросанные храмы и беседки, древние развалины и хижины, гроты и статуи... зеркальная поверхность чистой воды, ... прелестные рощи и великолепные аллеи; луга, ароматными цветами усеянные, и леса непроходимые ... всё, что природа изящного, что искусство прекрасного имеет, всё найдёте вы в Царицыно!" (А.Раевский, 1825 г.). "... всё общество ... остановилось, чтобы полюбоваться зрелищем Царицынских прудов. Они тянулись один за другим на несколько вёрст; сплошные леса темнели за ними. Мурава, покрывавшая весь скат холма до главного пруда, придавала самой воде необыкновенно яркий, изумрудный цвет... Казалось, застывшая масса стекла тяжело и светло улеглась в огромной купели, и небо ушло к ней на дно, и кудрявые деревья неподвижно гляделись в её прозрачное лоно. ... Везде горели яркие, предвечерние краски; небо рдело, листья переливчато блистали, возмущённые поднявшимся ветерком; растопленным золотом струились отдалённые воды; резко отделялись от тёмной зелени деревьев красноватые башенки и беседки, кое-где разбросанные по саду." (И.Тургенев, роман "Накануне", 1859 г.). "Перед нами Царицыно... Неоглядная широта панорам, руины сказочной архитектуры, разросшийся парк, живописным картинам которого позавидовал бы сам Пуссен. Ансамбль и сегодня поражает нас величием архитектурного замысла, красочного декоративного убранства, единством природы и искусства... Исполненная величия крупномасштабная композиция Царицына, раскрывающаяся с подъездов к Москве, по масштабу организации пространств не уступала Версалю."(К.Минаева, 1988 - см. список литературы: 1.2.1.)...
       Побродим же по этому дивному парку, осмотрим ансамбль: шесть дворцов (Большой, Малый, Камерюнфарский, "дома" Лакейский, Оперный, Хлебный), фигурные мосты и ворота, беседку "Церера", ротонду "Золотой сноп", павильоны c иронично-любовными именами "Миловид" и "Нерастанкино", руины - грот и арку... Рельефы природы и зодчества как бы поворачиваются и перекликаются друг с другом - то в одном, то в другом ракурсе, словно молча показывая нам загадочную древнюю драму. Бродя меж огромных старых деревьев, в таинственных стенах Большого дворца (они без полов и крыш- входи и броди!), вспомним строки романтиков: П.Б.Шелли, Э.По, О.Уайльда, символистов и акмеистов нашего "серебряного века"... Погрезим - и спросим: каковы же природа и прошлое этих дивных мест?
       Здесь 300 000 лет назад "поработало" крупнейшее оледенение - Днепровское - оставив залежи песков и гравия. Примыкающий к Теплостанской возвышенности рельеф Царицына резко отличается от всех прочих ландшафтов тянущейся на восток Мещёры: это высокий холм (около 160 м) со склонами, изрезанными оврагами и балками, местами весьма крутыми. Над прудами найдено 3 пещеры - их декорировали гротами-руинами.
       Людей этот необычный холм привлекал издавна: в окрестностях найдено 23 кургана вятичей 11-13 веков, из них 7 - в самом парке. В Отечественную войну в них проводили раскопки силами школьников (каждый юный археолог получал "зарплату" - бутерброд) - и нашли прекрасные 7-лопастные височные кольца из серебра, браслет с колокольчиками, керамику... Древние названия двух речек, текущих вокруг холма - Городенка и Язвенка - обозначают одно и то же: рыбную ловлю с помощью плотинок. Однако первое имя - славянское, а второе - угро-финское. Приходили сюда жить и кочевые племена с юга. Вот какая дружба народов здесь была!
       В окрестностях есть ценнейшие памятники истории - боевые форпосты Москвы 14-16 вв.: здесь шли битвы с ордами ханов Едигея, Девлет-Гирея и Казы-Гирея (последний бежал через этот холм от войска Бориса Годунова).
       Местность эта тогда была иной - леса да болота - и потому именовалась Чёрная Грязь. Оба здешних пруда (70 га!), вместе с Борисовскими, были созданы лишь при Борисе Годунове - в целях обороны и на случай голода. Вся эта система рукотворных прудов - 8-километровый каскад. Имение Чёрная Грязь принадлежало Ирине Годуновой, сестре царя. Постройки тех лет были сметены в начале 17 в. - в "смутное время" - крестьянской войной и польской интервенцией. При раскопках у Оперного дома найдена белокаменная лестница, ведшая к пруду; там же аж до 1950-х гг. рос огромный, в несколько обхватов кедр. Скорее всего, это - остатки усадьбы Годуновых: известно, что в России кедры начали сажать в 16 в. .
       В 1633 г. "пустошь Черногрязская" была продана в вотчину окольничему Л.Стрешневу - за 73 рубля (вот каков был рубль!). В 1683 г. боярин Стрешнев отдал её внуку - князю А.Голицыну, сыну фаворита царицы Софьи. Сохранились описания дивных интерьеров княжеских хором. А в 1689 г. была построена (цитируем опись тех лет): "церковь деревянная, Пресвятые Богородицы Живоносный источник с трапезою и чуланами, о пяти главах, крытая чешуёю зелёною... расписана тремя красками ... колокольня деревянная рубленая...". Основательно перестроенная за минувшие века, стоит она и сейчас. До 18 в. здешние воды считались целебными, особенно для "мужеского чадородия": известна дюжина имён цариц и княгинь, пытавшихся вылечить здесь своих суженых.
       После разгрома стрелецкого бунта, ареста Софьи и ссылки Голицыных вотчина была конфискована. А с 1713 г. ею владел уроженец Молдавии Д.Кантемир - "наш Леонардо да Винчи": философ, архитектор, археолог, музыкант, математик и лингвист. При Кантемирах композиция ансамбля была регулярной: главный дом, "геометрический сад" с "квадратами", плодовый сад и оранжерея. Здесь прошло всё детство великолепного поэта А.Кантемира - любимого Иосифом Бродским и позорно забытого школьной программой; в здешнем "трелучьи” аллей (его слово!) зрела его душа.
       И вот вотчина приглянулась Екатерине II: писала она, что это - "по общему мнению, сущий рай", и "рай" этот купила (с тех пор и имя его - "Царицыно"). Тогда здесь, как и вообще в Москве, эстетично учитывали дальние виды: Крутицкое подворье, Новоспасский монастырь, Коломенское - с радиусом обзора 10-15 км. (А сейчас - увы ... !). Царица задумала создать здесь ансамбль, который встречал бы послов Персии и Турции, и связать его с Петербургской перспективой в парадную магистраль Север-Юг. Архитектор В.Баженов в своей речи 1773 г. предложил соединить воедино барокко, классицизм и традиции древнерусского зодчества. И вот - проект и строительство Царицына царица поручила ему. В 1776-85 гг. он заложил здесь парк, не похожий на нынешний. В основе были идеи английского регулярного сада, но пейзажи были сформированы берёзами, елями и соснами. Немногие из тех деревьев ещё сохранились в парке - сейчас в нём преобладают огромные липы. Планировал Баженов и птичий остров, и оранжерею на 10000 деревьев. Его творения - дворцы (кроме нынешнего Большого), Оперный дом, кавалерские корпуса, мосты и ворота. От классицизма в них - геометрическая правильность. От барокко (во многом - от московского, "нарышкинского") - многообразная пластика сводов и контуров, криволинейность пространств, преобладание кругов, овалов и многогранников в планах, скруглённые башни, углы и выступы. Стрельчатые окна сходны с готическими и романскими. А принцип зодчества - древнерусский: основы и верха - белокаменные, стены - красные кирпичные. И, думается мне, - не только это. Глянем на эскиз Баженова. Это - многоплановая перспективная композиция: на 1-м плане - мосты, павильоны, Оперный дом; на 2-м - Большой кавалерский дворец; на 3-м - Хлебный Дом; на 4-м - огромная башня с часами. Вертикали -пилястры с высокими шпилями - смотрелись как гигантские флагштоки, а огромные стрельчатые окна первых этажей - как триумфальные арки. Видовые перспективы шли в разных ракурсах, через определённые интервалы, чтобы у идущих было время осмыслить увиденное. Всё это - немой архитектурный рассказ - по принципу "чем дальше, тем больше". Благодаря этому принципу и теперь ансамбль и парк раскрываются нам постепенно - как старинная загадочная книга. Уж не обратную ли перспективу внёс сюда Баженов из наших древних икон и фресок - мировосприятие, при котором "микрокосм" зрителя оказывается как бы в фокусе мироздания, в его гармонии? Декор всех дворцов и мостов тоже уникален: это- нежное и мощное белокаменное кружево по кирпичу. В нём - перепончатые и сплошные круги, лучистые звёзды и диски. Это солярные знаки - древние культовые символы неба и плодородия земли, призванные рождать мысли о красоте, необъятности и таинственности мироздания. Есть здесь и удивительные лопатки, накладки, решётки. ребристые обелиски со шпилями, парапеты, фигурные фронтоны, серпы. А в них как бы вплетены стилизованные символы российской державы: георгиевские кресты, утончённый двуглавый орёл. Откуда всё это? Дело в том, что - вопреки воле царей - российские умы 18-19 вв. весьма увлекались масонством, опирающимся на древние восточные мистические учения. А само слово "масон" значит "строитель домов и храмов" (франц. le maison - дом, он же - храм в раннехристианской Европе). Потому, можно сказать, Баженов был "масоном по профессии" - и воплотил эту философию в камне, в таинственной символике. И с опальным диссидентом - масоном-просветителем Н.Новиковым - он дружил. Работая над царицынским ансамблем, Баженов столкнулся с тем, что гнетёт нашу интеллигенцию и по сей день - с ненадёжностью государственных инвестиций. В письмах он сетует, что сотни его каменщиков и штукатуров получили меньше трети обещанных им денег - семьи их голодают, и сами строители перестали ему верить... И вот, в довершение всех бед, в 1785 г. императрица впервые приезжает осмотреть ансамбль - опасаясь заговора и потому въехав "не с той", не с парадной стороны, "государыня в гневе, возвращаясь к экипажам, приказывает сломать оный [ансамбль] до основания."(Из письма тех лет). Не оценила царица шедевра и невзлюбила его творца: менее чем через год уволила Баженова временно, а через 2 года - навсегда, без сохранения содержания.
       Но, к счастью, сломать тогда успели немногое. И с 1786 г. здесь творил архитектор М.Казаков - строил огромный, потрясающий Большой дворец. В нём - больше классицизма: идеальная симметричность, установка на восприятие с портала. Однако видно, что Казаков, как мог, старался развивать и замыслы своего опального предшественника, включая и символику. Творчество Баженова и Казакова повелось относить к классицизму. Однако мы уже видели, как много здесь разнообразных стилей. Но и эклектикой всё это не назовёшь: уж очень органично все стили сплелись. Ансамблю - нет аналогов в мире.
       Со смертью царицы в 1796 г. строительство прекратилось.
       В начале прошлого века архитектор И.Еготов создал здесь 2 беседки, а С.Махов рубками деревьев раскрыл 5 видовых перспектив, посадил липы - основу нынешнего парка - а также дубы, серебристые ивы и сибирские лиственницы, так радующие глаз у Большого дворца. Росло здесь тогда и много кустов шиповника - с алыми цветами. В Царицыно было 8 каменных оранжерей, среди них - ананасная, апельсинная, виноградная, лимонная, персиковая, померанцевая. В них выращивали и лавры, оливы, олеандры, мирты, а также цветы - аквилегии, ирисы-касатики, жёлтые лилии, фиолетовые тюльпаны - которые огромными куртинами высаживали в грунт в разных участках парка. Была здесь и уникальная коллекция редких растений. Регулярно на холме устраивались народные гулянья, а в левобережном парке - царская охота. В здешней усадьбе бывали поэты П.Вяземский и Н.Языков, проходили литературные вечера З.Волконской...
       С 1926 парк-усадьба была в ведении “Главнауки”, а затем - Московского отдела народного образования. С 1927 г. она считается музеем, а с 1984 в Кавалерском дворце имеется музей декоративно-прикладного искусства. Советская власть парк не берегла - но и не разрушала, хотя были и такие прожекты. В 1982 г. я видел следы убогой попытки реставрировать несколько зал Хлебного дома - гарь и копоть на наружной стене: поработал стройбат, а затем пировали и спьяну сожгли монтажные леса. Частенько по стенам Большого дворца карабкались с помощью крючьев начинающие альпинисты. К счастью, в конце 1980-х пригласили польских архитекторов. Умело и деликатно они реставрировали по старым чертежам творения Баженова. А сейчас в музее работают 14 кандидатов наук-гуманитариев. Проводятся интересные научные конференции; последнюю из них посетил и я. В Оперном доме - хорошие концерты. Есть в парке "священная сосна" отечественных хиппи; там раз в год они устраивают свои празднества...
       Ещё - несколько слов о природе. В 1794 г. при расчистке прудов, по преданию, была поймана огромная щука с золотым кольцом в жабрах, а на нём была гравировка: "Посадил царь Борис Фёдорович". Значит, щуки живут до 200 лет. Но была ли та щука? - В достоверности рассказа о ней зоологи и геронтологи сомневаются... Про кедр Годунова, сосны, берёзы и ели Баженова мы уже поведали. С прошлого века и поныне здесь - необычный для Москвы и Подмосковья комплекс широколиственного леса-липняка. Растут редкие для наших лесов травы: барвинок, костянец, перелеска, фиалка удивительная. Живут горностаи - летом буроватые, зимой белые с чёрными кончиками хвостов (помните царские мантии?). Осмелилась гнездиться парочка крупных наших ястребов - тетеревятников, птицы весьма осторожные. Здесь живут выпущенные любителями скворцы-майны - уроженцы юга Азии. А недалеко - на Борисовских прудах - пыталась гнездиться колония чаек. Всё это - наши сокровища. Мы владеем ими - и любим их, познавая.
 
Справочный материал:

1. Популярная занимательная литература.
1.1. Естественнонаучная:
1.1.1. Книги опубликованной издательством "Мысль" серии "Справочники-определители географа и путешественника": "Почвы СССР", "Водоросли, лишайники и мохообразные СССР", "Культурные растения СССР","Травянистые растения СССР", "Насекомые СССР", "Рыбы СССР", "Земноводные и пресмыкающиеся СССР", "Птицы СССР", "Млекопитающие СССР". Определение в них построено на узнавании объектов по цветным картинкам, и потому оно производится легко и занимательно. Описания кратки, увлекательны и профессиональны.
1.1.2. Книги аналогичной серии "Энциклопедия природы России", публикуемые в последние годы (Москва, Издательство ABF): "Минералы и горные породы", "Почвы", "Грибы", "Водоросли, мхи и лишайники", "Травы", "Деревья и кустарники", "Декоративные растения", "Лекарственные растения", "Насекомые", "Рыбы", "Земноводные и пресмыкающиеся", "Птицы", "Звери".
1.1.3. Нестеров Е.В., Фадеев И.В., Пешехонов С.Е.: "Птицы Москвы." Москва, Государственный Дарвиновский Музей, 1997 (Это - комплект из книги о птицах и соответствующей аудиокассеты их голосов. Продаётся в музее).
1.1.4. Плавильщиков Н.Н."Жизнь пресных вод". (Любое издание).
1.2. Популярно-историческая о Царицыно.
1.2.1. Минаева К.И.: Царицыно. Дворцово-парковый ансамбль.
       Москва, 1988.
1.2.2. Сергеев И.Н.: Царицыно. Люди, события, факты.
       Москва, 1995.

 2. Контактные телефоны для справок.
2.1. Справочная МГУ: 939-10-00 (там можно узнать телефоны факультетов: Биологического, Геологического, Географического, ф-та Почвоведения, а также Музея Землеведения.
       Телефон деканата Биологического факультета МГУ: 939-27-76. Там можно спросить телефоны кафедр, консультации на которых могут понадобиться: к. микологии и альгологии (а грибах и водорослях), к. высших растений, к. геоботаники, к. гидробиологии, к. зоологии беспозвоночных, к. энтомологии, к. зоологии и экологии позвоночных.
2.2. Государственный историко-архитектурный художественный ландшафтный заповедник Царицыно: тел. (095)321-07-43. (Соответствующий адрес: Москва, 115569, Дольская ул., 1.).
2.3. Кружок юных биологов при Государственном Дарвиновском
Музее. Руководитель кружка - Екатерина Преображенская.
Тел. (095) 468-6640. (В течение десятилетий школьники - члены этого кружка - изучают природу Москвы, включая Царицыно - особенно по орнитологическим и геоботаническим темам. Кружок издаёт свой научный журнал.).
2.4. Управление образования Южного округа г. Москвы.
       Тел. (095) 324-75-46.
2.5. Центральная станция юных натуралистов (ЦСЮН) Москвы.
       Гончаренко Нонна Валентиновна. Тел. (095) 318-0003, доб.116.
       (Под руководством Н.В.Гончаренко силами учителей и школьников в последние годы проводятся экологические исследования ряда природных объектов Южного округа, включая Царицыно. С этим методическим опытом, исследованиями и их результатами следует ознакомиться).

Глава 24.
МЕТОДИКИ “РАЗВИТИЕ КРИТИЧЕСКОГО МЫШЛЕНИЯ ЧЕРЕЗ ЧТЕНИЕ И ПИСЬМО” (RWCT) В КОНТЕКСТЕ ПРЕПОДАВАНИЯ БИОЛОГИИ.

       RWCT (Reading and Writing for Critical Thinking) - это система новых методических приёмов интерактивного преподавания разнообразных дисциплин, разработанная в США около 10 лет назад и применяемая уже почти в 100 странах мира в работе с учениками различных возрастов - от детей в начальных школах до преподавателей ВУЗов. К сожалению, литературы по этой системе практически нет: даже немногие американские пособия, которые читал автор, составлены гораздо менее удачно, чем 100-часовая система лекций, семинаров и занятий-тренингов, которую он прошёл, конспектируя, под руководством Е.Генике и группы методистов из РИПКРО и их американских коллег. Надеюсь, пособия по этой замечательной педагогической системе вскоре появятся; тогда, наконец, текст данной главы станет понятным читателям (!..) - и, поверьте, чрезвычайно полезным. В этой системе очень ценны: занимательность процессов обучения, логичность и многоаспектность общих подходов к раскрытию самых разных тем, продуманность принципов взаимодействий в "треугольниках: учителя - ученики - тексты".
       Однако примеры преподавания биологии этими методами нам не известны.
       Вероятно, - дело в том, что эта система всё ещё наиболее ориентирована на преподавание дисциплин вербального характера (гуманитарных наук, иностранных языков, экономики, юриспруденции и т.п.). А в современной биологии формы представления данных чрезвычайно разнообразны, причём многие из них с неизбежностью визуальны. Немало фундаментальных биологических явлений открыто и исследовано благодаря развитию методов химии, физики, математики и ряда гуманитарных наук. Однако развиваются они в специфических контекстах - для анализа биологических структур и процессов, которые похожи сразу на объекты нескольких совершенно различных областей знания, а то и вовсе не имеют аналогов. Именно биология изучает важнейшие феномены общенаучной значимости: наследственные программы, их реализацию и размножение, программируемое индивидуальное развитие, эволюцию, динамику сообществ. Разнообразие биогенных молекул, макромолекулярных структур, видов клеток, органов, организмов и их сообществ, просто ошеломляет - и в то же время их формирование, функционирование и эволюция опираются на совокупности фундаментальных принципов. Своеобразны многоуровневые иерархии биологических структур, функций и таксонов; сложны и многообразны взаимодействия этих уровней. (См. Главу 10). Большинство этих объектов по многообразию, сложности и эстетичности динамических форм не уступает изобразительным искусствам, и при этом теперь приёмы их анализа уже не менее логичны и строги, чем в точных и технических науках. Важнейшие сюжеты биологии необходимо передавать зримо. И при этом многие из них непосредственно глазу вообще не доступны: нередко объекты слишком малы (в молекулярной биологии, биохимии, многих разделах биофизики) или же слишком велики (в экологии и в биоценологии), или/и процессы происходят слишком медленно (при онтогенезе, при смене сообществ, в эволюции). Чтобы объяснять всё это ученикам, необходима новая когнитивная графика - точная, доступная и привлекательная. Концепции без зрительных образов здесь бессмысленны.
       Рассмотрим особенности, достоинства и проблемы преподавания биологии конкретными методами RWCT, ориентированные и на зрительные образы. За полгода знакомства с этими методами, эти первые шаги сделаны мною при преподавании наиболее сложных разделов биологии учителям Москвы в МИПКРО. Названия методических приёмов системы RWCT, экстраполированных автором для преподавания биологии, приведены здесь ЖИРНЫМИ БОЛЬШИМИ БУКВАМИ в соответствии с их названиями в этой системе.
       ИНСЕРТ. Предлагаю новый набор пометок-значков (писать их надо в кружочках, нумеруя их). Полагаю, он - полнее и логичнее предложенного ранее. Писать значки лучше, обводя их кружками. Некоторые значки можно комбинировать по два.
+ (плюс) - согласие с утверждением (такие пометки не обязательны);
! (восклицательный знак) - важная мысль (тоже - не обязательны);
... (троеточие) - сказано недостаточно;
-> (стрелка, повернутая к тексту) - нужно добавить, что... ;
? (вопросительный знак) - сомнительно;
- (минус) - несогласие с утверждением (с оттенком сомнения);
~ (тильда) - “нужно изменить вот так: ...”;
х (косой крест) - абсолютно неверно.
       Этот приём полезен при переходе к новой теме. Лектор объясняет его слушателям в конце предыдущего занятия и предлагает им дома самостоятельно сделать пометки на полосах бумаги, которые можно класть вдоль полей того фрагмента учебника, который соответствует теме будущих лекции или урока. (Полосы - нумеровать по страницам учебника, а пометки на них - подряд.) Слушателю рекомендуется самостоятельно сделать пометки и написать в тетради ремарки по каждой собственной пометке. То же делает дома и сам лектор - готовя ПРОДВИНУТУЮ ЛЕКЦИЮ по этой теме. Перед началом этой лекции выступают слушатели по пометкам каждого типа, а лектор кратко суммирует в таблице на доске ремарки по каждому значку. Затем по ним лектор проводит разбор, обсуждение и дополнения положений учебника - сначала на базе пометок слушателей. И лишь затем следует ПРОДВИНУТАЯ ЛЕКЦИЯ на базе собственных пометок лектора. Перед её проведением, в конце предыдущего занятия, следует дать слушателям домашнее задание, и также выполнить его самому: самостоятельно критически проанализировать фрагмент учебного текста по следующей теме.
1. Методом ИНСЕРТ (см. выше).
2. Использовать методический принцип “ЗХУ” (“знаю-хочу узнать-узнал”) - следующим образом. Готовясь к лекции, выписать все базовые термины из учебника, самостоятельно сформулировать их краткие определения и вопросы по ним. В начале лекции вместе со слушателями выписать эти термины столбцом в левой части доски, логично сгруппировав их, и обсудить вопросы аудитории. Это соответствует этапу “З” и переходу от вызова к осмыслению (метододический принцип “ВОР (“вызов-осмысление-рефлексия”). Далее лекция строится на обсуждении смыслов, взаимосвязей и границ применимости этих терминов - с использованием построения КЛАСТЕРОВ: тут же, ближе к центральной части доски, рисуются взаимосвязи этих понятий, значками из ИНСЕРТ обозначаются вопросы, “белые пятна”, дополнения и т.п.. Именно на этом этапе целесообразно “вводить” зрительные образы: в виде слайдов, таблиц, а также собственных эскизов (нарисованных как заранее при подготовке - цветными маркерами на листах бумаги, так и в процессе рассказа - на доске). На них могут быть изображены не только структуры, процессы и классификации, но и логические связи - в виде КЛАСТЕРОВ. В проблемных участках изображений - отображающих проблемы, ещё не объяснённые аудитории или вообще не исследованные наукой - удобно использовать значки ИНСЕРТ. Если по новой теме есть учебный фильм, то его лучше показать перед лекцией, предложив слушателям писать свои замечания по фильму в процессе его просмотра - и сразу после показа обсудить замечания слушателей, а лишь затем - использовать свои собственные как основу лекции. Всё это позволяет критически анализировать любую зрительную информацию - включая устаревшую, неверную и неполную. Таков этап “Х”. И, наконец, этап “У” - это суммирование выводов, выписывание и разъяснение необходимых новых терминов и остающихся нераскрытыми проблем - в правой части доски. При этом осуществляется и РЕФЛЕКСИЯ. Если следующая лекция будет развивать данную тему, то эта новая информация, зафиксированная справа, послужит базой: в следующий раз эти термины, вопросы и сюжеты выписываются в левой части доски. (Цикл ”ЗХУ” как бы замыкается в треугольник).
       Зная о системе RWCT лишь полгода, автор этой статьи уже применял описанные выше приёмы в лекционных и семинарских занятиях с учителями в МИПКРО и округах Москвы по темам: “Современная генетика - достижения, проблемы и перспективы”, “Эволюция - новые факты, загадки и концепции”, “Основы современной биологии развития”, “Экология - закономерности и феномены”. Ниже приведены лишь предварительные соображения по поводу дальнейшего применения прочих, ещё не используемых нами, методик RWCT.
       В построении работы с парами (партами) или с подгруппами (круглыми столами) слушателей есть проблемы: с одной стороны, это вовлекает всех в активную интересную работу, но с другой - резко снижает темп “подачи” нового материала лектором. Поэтому выбор “архитектоники” занятий зависит в первую очередь от сложности темы, а затем - и от традиций учебного учреждения, и от таланта преподавателя, и от ресурсов учебного времени.
       Очень полезными как для взаимного развития и стимуляции учащихся, так и для оценки уровня знаний большинства из них, могут стать ПЕРЕКРЁСТНЫЕ ДИСКУССИИ, ДЕБАТЫ, “УГОЛКИ”. Но для циклов по биологии, информационно очень насыщенных, проводить их следует не чаще раза в семестр - и лишь по тем темам, которые злободневны и требуют личного мнения и этической позиции, например: “Изменения организмов посредством генной инженерии, клеточного и эмбрионального клонирования - научные и практические задачи, надежды и опасения”; “Формы и гены в развитии организма - что чем управляет?”, “Новые проблемы медицинской этики”; “Угроза глобального экологического кризиса и пути его преодоления”; “Дарвиновские принципы эволюции - необходимы ли и достаточны ли они для понимания эволюции? Теории альтернативные и дополнительные.” и т.п..“ВЫХОДНАЯ КАРТА”, полагаю, оценивала бы сюжет какого-либо занятия слишком поверхностно - и тем слабее, чем занятие глубже и насыщеннее. БОРТОВОЙ ЖУРНАЛ очень полезен - и для саморазвития, и для взаимодействий с педагогом при анализе как литературы, так и аудиторных занятий, - и особенно при углублённой работе с одним или немногими учениками. СОВМЕСТНЫЙ ПОИСК и ВЗАИМООПРОС тоже могут быть весьма полезны - но лишь при наличии больших ресурсов аудиторного времени. Ещё более это касается игровых методик ЗИГЗАГ, КУБИК, СИНКВЕЙН; однако для детских и подростковых аудиторий они могут быть весьма занимательными, а потому следует продумать, для каких простых биологических сюжетов они могут стать “выигрышными”: ЧТЕНИЕ С ОСТАНОВКАМИ, на наш взгляд, - отличный метод для анализа художественных текстов, однако для рациональной передачи уже добытых и изложенных позитивных знаний он не применим.
       Уже очевидно, что 21-й век может стать веком биологии. Есть надежда, что описанные новые технологии обучения позволят помогут и учителям, и новому поколению постигать и эффективно преподавать нашу науку - прекрасную, глубокую, а во многом - всё ещё таинственную. Именно такое преподавание может стимулировать учащихся и к исследовательской работе. Автор заранее признателен за любые взаимодействия с коллегами, за дискуссии, критику и развитие предлагаемых подходов.