CC BY
139
Естественные науки
УДК 613.523.55
Для чего нужна история науки? (Взгляд генетика) Н.В. Глотов
Марийский государственный университет, Йошкар-Ола
Основная задача истории науки - анализ развития научных идей во времени. Такой анализ дает очень много для понимания вклада в научный прогресс разных исследователей и подходов и для оценки перспектив дальнейшего развития. На примере развития генетики и теории эволюции обсуждается роль научной среды, необходимость знания классических исследований, своевременности публикации результатов, изучения биографий классиков, неразрывности науки и образования.
The main objective of the history of science is to analyse the development of scientific ideas in the course of time. Such analysis allows us to improve our understanding of the contribution to the progress of science made by different approaches of researchers, as well as to assess the prospects for future development. In this paper, the development of genetics and evolutionary theory is used as an illustration to discuss the role of scientific environment, to study classical research and biographies of the great scientists of the past and to understand the inseperability of science and education.
При широком взгляде на процесс познания сразу становится очевидной одна из важнейших особенностей его реализации: длительность накопления человечеством знаний о мире (по-видимому, с момента возникновения Homo sapiens, а в плане научном -в течение нескольких тысячелетий, при более требовательном отношении к понятию наука столетий) и краткость времени исследовательской деятельности одного определенного человека. Продолжительность творческой деятельности того или иного исследователя в общем скоррелирована с периодом его жизни, хотя возможны разные конкретные ситуации. Так, творческая деятельность одного из создателей современной алгебры французского математика Эвариста Галуа (1811-1832), которого называют «избранником богов», продолжалась около двух лет; создателя основ современной теории эволюции Чарлза Дарвина (18091882) - около 50 лет; одного из крупнейших естествоиспытателей XX века, создателя учения о биосфере Владимира Ивановича Вернадского (1863-1945) -около 60 лет; в то же время научная деятельность основоположника современной генетики Грегора Менделя (1822-1884) продолжалась около 10 лет, а подлинная творческая активность Сергея Сергеевича Четверикова (1880-1959), перебросившего мост между генетикой и теорией эволюции, в силу социальных коллизий, продолжалась не более 25 лет.
Отсюда возникает проблема передачи научной информации в чреде поколений. На первый взгляд, это - надуманная проблема: издавна существовала изустная передача знаний о мире, передача с помощью письменности, колоссальный прорыв был достигнут с появлением книгопечатания [1]; наконец, в наше время имеются и очень быстро (без преувеличения, семимильными шагами) развиваются средства компьютерной связи, накопления данных с помощью всевозможных банков данных, Интернета. Однако при более подробном рассмотрении выясняется, что все не так просто.
Прежде всего эти средства передачи информации, естественно, имеют коэффициент полезного действия, далекий от 100%. Любой исследователь знает, что практически невозможно изложить методику работы и ее результаты абсолютно полно и абсолютно точно. Полнота изложения резко упала за последние 100-200 лет: это раньше все описывали до мельчайших деталей (см. изложение постановки задачи, плана эксперимента, методики скрещиваний в классической работе Г. Менделя «Опыты над растительными гибридами», 1866 [2]; однако даже у Г. Менделя результаты, за недостатком места, изложены лишь «в основном», и мы лишены возможности понять, насколько выражено и чем объясняется в опы-
тах Г. Менделя «слишком хорошее соответствие» между экспериментальными данными и теорией, отмеченное Р.А. Фишером [3]. Сейчас стало правилом писать «использовалась стандартная методика [следуют ссылки]» с упоминанием мельком о модификациях методики, подчас просто неизбежных; «обработку данных проводили с помощью критерия t Стьюдента, дисперсионного анализа, ..., использовали пакет STATISTICAL) - и часто без ссылок на статистические руководства, без приведения подробных данных о структуре эксперимента и объемах выборок, без упоминания, как обеспечивалась рендомизация; и остается совершенной тайной - владеет ли автор соответствующими статистическими методами (знает условия их применения) и умеет ли правильно их реализовать на компьютере (начиная с безошибочного ввода данных). Все вышеизложенное обусловлено собственно свойствами процесса передачи информации - невольного появления ошибок, шумов, искажающих смысл, но и, о чем нередко забывают или вообще не думают, появление в виде шума нового смысла, того, о чем автор передаваемого сообщения и помыслить не мог [4]. Разумеется, сейчас интенсивно развит и другой путь передачи информации - разнообразные конференции, симпозиумы, посещения других лабораторий в разных странах; однако это касается лишь данного момента времени, хотя и способствует более точной передаче информации во времени. Огромную роль играют научные школы, объединяющие исследователей нескольких поколений. Но и здесь нередко начинает действовать отрицательный фактор: приверженность определенной парадигме, «раздувание» какого-то подхода, невольное навязывание исследователю взгляда на мир через этот подход.
Основная задача истории науки - анализ развития научных идей во времени. Это касается и частных вопросов (изменение смысла понятий, совершенствование способов изложения и доказательств) и крупных концепций (их трактовка, синтез разных подходов).
Один из простых примеров в генетике - мутации, связанные с изменение числа отдельных хромосом. После открытия спонтанных мутаций этого типа в начале XX века К.Бриджесом выяснилось, что они могут быть обусловлены двумя процессами - нерасхождением хромосом и потерей хромосом; поскольку вклад потери хромосом значительно меньше, анализ спонтанных мутаций этого типа означал изучение нерасхождения хромосом. По инерции, когда начала развиваться радиационная генетика, подчас продолжали говорить о радиационно-индуцированном нерасхождении хромосом, см., например, [5], хотя эффект потери хромосом (за счет утраты поврежденных облучением) здесь на порядок выше, чем нерасхождение хромосом [6]. Таким образом, изучение одного процесса подменили изучением другого: изучали потерю, а обсуждали нерасхождение хромосом.
Изменение языка науки, появление строгости и ясности доказательств наглядно прослеживается в развитии теории вероятностей. Достаточно сравнить рассмотрение простейших задач в современных учебниках по теории вероятностей, основанное на аксиоматике А.Н. Колмогорова, с их формулировкой и решением в период становления этой области знаний [7, 8] и в до-аксиоматический период [9].
Анализ развития крупных научных обобщений дает очень много и для понимания вклада разных исследователей и подходов, и для оценки перспектив дальнейшего развития.
В начале ХХ века биометрическая школа Ф. Галь-тона и К. Пирсона развивала представление о «регрессии потомков на родителей», в конечном итоге, -представление о непрерывности, слитности генетического материала, противопоставляя его представлению о дискретности наследственных факторов Г. Менделя. Успехи хромосомной теории наследственности и последующее развитие молекулярной генетики, казалось бы, полностью опровергли подход Гальтона-Пирсона. Однако с возникновением генети-ко-селекционных и генетико-медицинских задач анализа количественных признаков и признаков с неполным проявлением и варьирующим выражением становится все более очевидным, что, при всей справедливости концепции Г. Менделя, лучшим и пока единственным способом таких сложных статистических по сути систем является подход Гальтона-Пирсона на основе аппарата математической статистики, развитого Р.А. Фишером (дисперсионный, дис-криминантный, факторный анализ).
И если говорить о пути, гениально найденном Г. Менделем в 1865 г., пути, по которому с огромной скоростью двигалась генетика всего ХХ века и достигла при этом поразительных результатов (успехи селекции, генная инженерия, клонирование органов и организмов и т.п.), то сегодня общепризнано, что «хорошие» менделеевские «факторы», гены составляют лишь малую долю наследственного материала. Г. Мендель в качестве методического (а по сути - методологического) подхода выбрал контрастно проявляющиеся, очень слабо варьирующие признаки («черное - белое»). По этому пути все и шли, отказываясь, как правило, от подробного исследования неполного, варьирующего проявления признаков, от рассмотрения нечетко воспроизводимых результатов [10], объясняя их подчас недостаточной чистотой эксперимента или исходного материала. Поэтому, например, хорошо всем известные экспериментальные результаты и теоретические построения Барбары Мак Клинток в конце 40-х годов воспринимались скептически, из уважения к генетику, известному высоким профессионализмом, в лучшем случае как частные, не имеющие общего значения, и лишь в связи с достижениями молекулярной генетики, появлением доказательств, что называется «в лоб», были сразу оценены
90
Естественные науки
как выдающиеся (Нобелевская премия 1983 г.). Сегодня осознание ограниченности менделевского подхода (при несомненной его правильности) привело к бурному развитию представлений о «неканонической» изменчивости, эпигеномной изменчивости, он-тогенах и т.п. [11-14]. Как выяснилось, мутация может заключаться не в изменении существующего гена, а в появлении нового гена [15]. С точки зрения истории науки, важно, что первые «звонки» о недостаточности менделеевских представлений постоянно раздавались с начала ХХ века, но с таким же постояннством игнорировались.
Удивительно, что история становления теории естественного отбора Чарлза Дарвина, история «эволюции эволюциониста» была понята лишь в середине ХХ века, когда исследователи взялись за серьезную разборку дарвиновских архивов в связи со 100-летием публикации «Происхождение видов» (1859). Были обнаружены неизвестные записные книжки Ч. Дарвина, реставрирована его незавершенная монография «Естественный отбор», сборка отдельных кусков которой составила «Происхождение видов», восстановлен список цитированной Ч. Дарвином литературы (строго говоря, «Происхождение видов» не является научным изданием, поскольку не содержит списка литературы) [16-19]. Это позволило, с одной стороны, понять всю глубину и общность концепции Ч. Дарвина; ясно увидеть смысл и упорядоченность огромного разнообразного материала, собственного и литературного, использованного при формулировке концепции естественного отбора; понять, почему работа шла столь долго (более 20 лет). Выяснилось, что прежние представления о развитии идеи естественного отбора (путешествие на «Бигле» - Галапагосы - данные об искусственном отборе - Мальтус - многолетние размышления), мастерски художественно описанные Ирвингом Стоуном [20], - не более, чем легенда. Теперь удалось выстроить действительную последовательность этапов формирования концепции [21]. С другой стороны, на этой основе более ясными стали последующие этапы развития теории Ч. Дарвина: «кошмар Дженкина», обусловленный представлениями о слитной наследственности, был снят менделевскими представлениями о дискретности наследственных факторов, а на популяционном уровне - анализом вероятностно-генетической модели популяции (закон Харди-Вайнберга); упрощенное тавтологическое определение естественного отбора как «выживание наиболее приспособленных», введенное в научный обиход страстным пропагандистом дарвинизма Т. Хаксли и до сих пор сохраняющееся в ряде учебников, было заменено концепцией приспособленности Р. А. Фишера: «Естественный отбор - дифференциальный вклад разных генотипов в следующее поколение»; афоризм, по сути, К.А. Тимирязева «факторы эволюции - изменчивость, наследственность, естественный отбор» заменен представлениями о материале (мутации), факторах
эволюции (мутационный процесс, случайность, изоляция, отбор) и эволюционных явлениях, см., например, [22]. Благодаря исследованиям творчества Ч. Дарвина мы понимаем, что отказ Альфреда.
Уоллеса от претензий на соавторство в создании теории естественного отбора является примером не только высокого, вызывающего восхищение благородства, но и осознанной, точной оценкой приоритетных достижений Ч. Дарвина.
Исследования по истории науки с несомненностью показывают важнейшую роль научной среды, в которой работает исследователь.
Из путешествия на «Бигле» Ч.Дарвин привез богатейшие коллекции, однако он был не в состоянии и физически их обработать, и не имел достаточной профессиональной подготовки. Это гигантская работа была проделана по ископаемым млекопитающим Р.Оуэном, по современным млекопитающим Уотер-хаусом, по птицам - Дж. Гулдом и Греем, по рыбам -Леонардо Дженинсом, по рептилиям - Томасом Бел-лом, по растениям Дж. Гукером [23]. Ч. Дарвин находился в многолетней международной переписке с широким кругом исследователей в самых разных областях биологии, постоянно общался с ведущими английскими геологами и биологами. Наконец, подготовка и представление его решающего доклада в Линнеевском обществе в Лондоне одновременно с докладом А. Уоллеса были бы просто невозможны без поддержки Ч. Лайеля и Дж. Гукера. «Дарвин не был интеллектуально изолированным одиночкой. Он изучал самую разнообразную литературу и действовал как член научного сообщества, на протяжении всей жизни сохранив оригинальность и самобытность мышления» [21, с. 57].
Одно время была широко распространена версия, что Г. Мендель - монах провинциального монастыря, гений-одиночка. Сегодня мы знаем, что это не соответствует действительности. По сути, монахи монастыря в Брюнне - коллекив активных исследователей в области гуманитарных наук, а Общество естествоиспытателей Брюнна - коллектив исследователей в области естественных наук. Мало того, что Г.Мендель был в курсе всей новейшей литературы по общей биологии и гибридизации, он был в длительной переписке с одним из ведущих ботаников того времени К. Нэгели, чья моральная поддержка на первых этапах работы была весьма существенной. Г. Мендель получил хорошее образование, прослушав в качестве вольнослушателя ряд курсов по естественным наукам в Венском университете.
Исследования по истории науки позволяют выявить характерные черты и необходимые условия эффективного научного творчества. Отметим некоторые из них:
1. Роль знания классических работ. Чтение и обдумывание работ классиков, для биолога - трудов К. Линнея, Ж.-Б. Ламарка, Ч. Дарвина, Н.И. Вавилова и других, чтение лучше (почему-то) в подлинниках или в старых изданиях (переводах) невольно задает масштабность мышления. Замечательный математик
и крупный государственный деятель А.Н. Крылов заметил, что лучшим отдыхом от чиновничьей деятельности для него было чтение и переводы работ К.Ф. Гаусса [24]. В эпоху возрождения советской генетики, когда молодые исследователи оказались в условиях полной утраты виртуозной генетической техники генетиков предыдущего поколения, только чтение старых работ М.Е. Ло-башева, И.Б. Паншина, Н.В. Тимофеева-Ресовского и их консультации, носившие пусть общий характер, позволили нам решить задачу одновременной регистрации радиационно-индуцированных нерасхождений хромосом и хромосомных аберраций [25]. Анализ архивов А.С. Серебровского [26] позволил совершенно по-другому увидеть масштаб и смысл его исследований по геногеографии и понять причину их прекращения - неразвитость математического аппарата, невозможность в то время адекватно описать поведение множества локусов; позже эта задача была решена в рамках теории нейтральной эволюции [27].
2. Необходимость своевременной публикации результатов. Классический отрицательный пример здесь - работы по электричеству и теплоте Генри Кавендиша (1731-1810 гг.), опубликованные лишь в 1879 году. Общее правило эффективной научной работы было сформулировано Дж. Максвеллом («триада Максвелла»): to work, to finish, to publish - исследовать, доводить работу до конца, публиковать. Хотя история науки показывает, что любое крупное достижение имеет независимо работавших предшественников, что очень часто мы сталкиваемся с повторными независимыми «открытиями», что можно с определенностью утверждать: ни один существенный результат не будет пропущен, даже если он остался достоянием только первооткрывателя, - последовательное проведение в жизнь триады Максвелла несомненно ускорило бы темп научного прогресса.
3. Изучение биографий, научной деятельности классиков. Здесь дело не в собственно научных результатах, а в примерах, достойных подражания: стиль, образ жизни, соотношение таланта и трудоспособности, отказ от суетности и бытовщины, нравственность и мораль человека науки. Абсолютная честность и преданность науке, обусловленные, в конечном итоге, интересом к поиску истины, сродни глубокой религиозной вере.
4. Неразрывность науки и образования. Научные результаты, как правило, - итог деятельности людей смежных поколений, отсюда - задача подготовки научной молодежи. Поэтому, преподавание в высшем учебном заведении, связанное с обобщением фактов, с выстраиванием их в логические цепочки, концепции -часть научно-исследовательской работы. Ярчайший пример: периодический закон Д.И. Менделеева был сформулирован при написании учебника по общей химии. «Посредственный учитель излагает. Хороший учитель объясняет. Выдающийся учитель показывает. Великий учитель вдохновляет» [28, с. 108].
Ф.И. Тютчев писал: «Как мало реален человек, как легко он исчезает! ... Когда он далеко - он ничто. Его присутствие - не более как точка в пространстве, его отсутствие - все пространство» [29, с. 277]. Поэтому главная цель истории науки - замкнуть цепь времен. Поэтому история науки является самостоятельным разделом науки.
ЛИТЕРАТУРА
1. Вернадский В.И. Избранные труды по истории науки. - М.: Наука, 1981. - 360 с.
2. Мендель Г. Опыты над растительными гибридами. - М.: Наука, 1965. - 158 с.
3. ВейрБ. Анализ генетических данных. - М.: Мир, 1995. - 400 с.
4. Корогодин В.И., Корогодина В.Л. Информация как основа жизни. - Дубна: Феникс, 2000. - 208 с.
5. Тихомирова М.М. Влияние Х-лучей на нерасхождение Х-хромосом // Исследования по генетике. - Л.: Ленинградский ун-т, 1961. - Вып. 1. - С.19-24.
6. TrautH. The dose dependens of X-chromosome loss and nondisjunction induced by X-rays in oocytes of Drosophila melanogaster // Mut. Res. - 1964. - V. 1. - № 2. - P. 157.
7. Реньи А. Трилогия о математике. - М.: Мир, 1980. - 375 с.
8. Бернулли Я. О законе больших чисел. - М.: Наука, 1986. -
175 с.
9. О теории вероятностей и математической статистике (переписка А.А.Маркова и А.А.Чупрова). - М.: Наука, 1977. - 199 с.
10. Timofejev-RessovskyN.W. Allgemeine Erscheinungen der Gen-manifestierung // Handb. Erbbiol. Menschen. - Berlin, 1940. - Bd. 1. -S. 32-72.
11. Стегний В.Н. Проблема системных мутаций // Генетика. -1996. - Т. 32. - № 1. - С. 14-22.
12. Голубовский М.Д. Век генетики: эволюция идей и понятий. -СПб.: Борей Арт, 2000. - 262 с.
13. Эпигенетика растений: Сб. науч. тр. - Новосибирск: Ин-т цитологии и генетики СО РАН, 2005. - 373 с.
14. Чадов Б.Ф. Новый этап в развитии генетики и термин «эпигенетика» // Генетика. - 2006. - Т.42. - № 9. - С. 1261-1275.
15. ДаниленкоН.Г., Давыденко О.Г. Миры геномов органелл. -Минск: Тэхналопя, 2003. - 494 с.
16. Рубайлова Н.Г. Формирование и развитие теории естественного отбора. - М.: Наука, 1981. - 196 с.
17. Чайковский Ю.В. Истоки открытия Ч. Дарвина. Опыт методологического анализа // Природа. - 1982. - № 6. - С. 87-94.
18. Галл Я.М. Вьюрки Дарвина - «яблоко Ньютона»? // Природа. - 1987. - № 12. - С. 47-57.
19. Яблоков А.В. Зарождение теории естественного отбора в Записных книжках Ч. Дарвина // Ч. Дарвин. Происхождение видов. -Л.: Наука, 1991. - С. 448-456.
20. Стоун Ирвинг. Происхождение. Роман-биография Чарлза Дарвина. - М.: Политиздат, 1984. - 478 с.
21. Галл Я.М. Становление эволюционной теории Ч.Дарвина. -СПб.: Наука, 1993. - 140 с.
22. Тимофеев-Ресовский Н.В., Яблоков А.В., Глотов Н.В. Очерк учения о популяции. - М.: Наука, 1973. - 277 с.
23.НекросавА.Д. Чарлз Дарвин. - М.: Изд-во АН СССР, 1957. -471 с.
24. Крылов А.Н. Мои воспоминания. - Л.: Судостроение, 1984. -477 с.
25. Семенова В.А., Мглинец М.А., Глотов Н.В. О корреляции между анеуплоидией и другими эффектами облучения. I. Хромосомные мутации // Генетика. - 1970. - Т. 6. - № 4. - С. 165-169.
26. Глотов Н.В. Геногеография // Александр Сергеевич Сереб-ровский. - М.: Наука, 1993. - С. 57-85.
27. Кимура М. Молекулярная эволюция: теория нейтральности. -М.: Мир, 1985. - 398 с.
28. СосонкоГ. Мои показания. - М.: РИПОЛ КЛАССИК, 2003. -383 с.
29. Кожинов В.В. Тютчев. - М.: Молодая гвардия, 1988. - 496 с.
