Разработка Вассерманом реакции на сифилис является блестящим примером ценности ошибочной теории. В силу технических причин оказалось невозможным приготовить чистую культуру спирохет, вызывающих сифилис. И тогда Вассерман использовал в качестве антигена (вещества, необходимого для "реакции связывания комплемента", по которой диагностируется сифилис) экстракт печени мертворожденных детей, матери которых были больны сифилисом, ибо, как ему было известно, такая печень богата спирохетами. Этот экстракт оказался прекрасным диагностическим препаратом, хотя впоследствии было обнаружено, что никакой необходимости использовать печень больных сифилисом нет, для этих целей вполне приемлема печень здоровых людей. Более того, не менее активные антигены можно приготовить даже из органов других животных. Нам до сих пор неизвестно, почему эти антигены дают реакцию связывания комплемента, хотя достоверно известно, что Вассерман ошибался, используя печень именно больных сифилисом. И тем не менее вполне вероятно, что мы бы до сих пор не располагали каким-либо серологическим тестом для диагностики этого заболевания, если бы не ошибочная и все же чрезвычайно плодотворная идея Вассермана [Беверидж, 2].
Только в совершенно исключительных случаях новая смелая концепция выдерживает испытание временем, не подвергаясь каким-либо изменениям. Вспоминая, как развивались его взгляды на эволюцию, Ч. Дарвин писал: "За исключением [теории образования] коралловых рифов, я не могу вспомнить ни единой первоначально составленной мною гипотезы, которая не была бы через некоторое время отвергнута или сильно изменена мною" [7, с. 150].
Но это не принципиально. Как мы увидим далее, в разделе "Заблуждения" (с. 285), даже такая теория, которая постулирует нечто прямо противоположное истине, может оказаться чрезвычайно полезной.
Настоящий ученый в равной степени заинтересован как в доказательстве, так и в опровержении его теории; если теория действительно ценная, было бы одинаково важно продемонстрировать как ее истинность, так и ее ошибочность. Когда в процессе эксперимента Ф. Мажанди * получил результаты, противоположные ожидаемым, он восхищенно воскликнул: "Я предвидел наиболее вероятный и логически оправданный факт, который мог бы представить себе всякий другой. А произошло прямо противоположное! Итак, я открыл абсолютно новое явление, .важность которого пропорциональна его неожиданности" [цит. по: 16].
Индукция и дедукция
Сколько чепухи говорится об индукции и дедукции! Одни объявляют себя приверженцами индукции, другие -- дедукции, тогда как истинное призвание исследователя, такого, например, как Фарадей, состоит в том, чтобы соединить их.
Джон Тиндаль
Слова "индуктивный" и "дедуктивный" были бы вполне приемлемы, если бы мы пришли к единому мнению о том, что они означают. Большинство из нас назвали бы Бэкона приверженцем метода индуктивного рассуждения. Однако Меллор утверждает, что Фрэнсис Бэкон отдавал предпочтение дедуктивному методу, индуктивному же -- Исаак Ньютон. Меллор рискует утверждать, что использованный Аристотелем метод был вновь открыт и сформулирован Фрэнсисом Бэконом в "Новом Органоне". Доведись Ф. Бэкону услышать это, он, по-видимому, был бы немало удивлен.
Уайлдер Д. Банкрофт
Индукция -- это способ мышления от отдельного к общему, от детализации к обобщению. Дедукция же -- это способ мышления от общего к частному или от всеобщего к отдельному. Нередко догматически утверждается, что в естественных науках допустимы лишь дедуктивные рассуждения, в то время как индуктивное мышление следует оставить философам. Указывается также на бесплодность дедуктивных рассуждений, поскольку они не способны привести к чему-либо новому. Должен признаться, что всегда относился к обеим этим точкам зрения как к чрезвычайно близоруким в теоретическом отношении -- они никогда не применялись и никогда не смогут быть применены в практике биологических исследований.
Хочу снова проиллюстрировать использование индуктивных и дедуктивных рассуждений на примере реальной проблемы, с которой я столкнулся в своей работе.
Дезоксикортикостерон -- это накапливающий натрий гормон надпочечника, или "минералокортикоид". Мы обнаружили, что при определенных экспериментальных условиях он тормозит противовоспалительное действие кортизола. Другой минералокортикоид, соединение "S" Рейхштейна, также тормозит это действие. Данный факт был подтвержден целым рядом опытов с использованием набора минералокортикоидных гормонов. Опираясь на проведенные наблюдения, мы путем индуктивного рассуждения пришли к обобщению, согласно которому минералокортикоиды подавляют соответствующие свойства кортизола.
После того как был открыт "естественный минералокортикоидный" гормон альдостерон, мы решили выяснить, какими фармакологическими свойствами он может обладать. Лишь тогда нам удалось обратиться к дедуктивному рассуждению и осуществить переход от общего к частному. Мы допустили, что поскольку альдостерон -- тоже минералокортикоид, то разумно было бы ожидать, что он обладает свойствами антикортизола. Опираясь только на это допущение, мы приняли решение проверить имеющиеся у нас несколько миллиграммов альдостерона именно на это действие а не проверять бесчисленное количество других свойств, которыми он мог бы обладать. В полном соответствии с нашей гипотезой оказалось, что альдостерон является антагонистом противовоспалительных гормонов.
Последовательное пошаговое применение обоих способов мышления сначала было необходимо для того, чтобы выдвинуть "теорию антагонистического действия кортикоидов", а затем для того, чтобы проверить, будет ли "естественный минералокортикоид" обладать предсказуемыми свойствами. Но можно пойти еще дальше. Именно подобное сочетание индуктивного и дедуктивного способов мышления привело нас даже к постулированию связи кортикоидов с клиническими проявлениями ревматических заболеваний. Мы пришли к этому выводу только на основании опытов по лечению крыс дезоксикортикостероном, причем более чем за 6 лет до того, как первый страдающий ревматизмом пациент получил кортизон.
Применение дедуктивного и -индуктивного способов мышления в биологии имеет определенные ограничения. Чем меньше число отдельных наблюдений, тем больше опасность неправильных обобщений. Данное обстоятельство в равной степени ограничивает применение как дедуктивного, так и индуктивного способов мышления. Когда первоначально не связанные между собой наблюдения организуются в определенную область науки, индукция и дедукция следуют друг за другом и зависят друг от друга, подобно тому как при ходьбе мы поочередно шагаем то левой, то правой ногой, и утверждать, что одна из них важнее другой, было бы нелепо.
Возражение против индуктивного способа мышления на деле означает излишнее доверие к всеобщим законам. Для того чтобы вызвать доверие к себе, обобщение должно строиться на максимально возможном количестве наблюдений. Однако обобщения, сформулированные на основе ограниченного числа данных, имеют столько же шансов проявить себя в качестве универсального закона, сколько оказаться подспорьем при правильном построении дедуктивных выводов в новых конкретных условиях. Разумеется, такие дедуктивные рассуждения не могут быть приравнены к доказательству; их основная роль сводится к тому, чтобы выделить из бесконечного числа возможных экспериментов те немногие, которые стоит провести. Я вполне допускаю, что ученым, привыкшим к абстрактному мышлению, подобные соображения покажутся наивными, однако, судя по медицинской литературе, на практике они часто недооцениваются.
С помощью чистой логики можно только установить, тождественны два объекта или нет. Однако, если последовательно придерживаться этого принципа, можно прийти к оценкам количественных, качественных и даже причинных отношений. И индуктивный, и дедуктивный методы мышления просто создают условия для сравнения и сопоставления частного и общего. Поэтому я не усматриваю между ними принципиального различия. Для меня обратный силлогизм -- это все еще силлогизм. Я могу сказать: "Все бусины на нитке Х -- металлические; эта бусина -на нитке X, следовательно, это металлическая бусина". Или же: "Эта бусина на нитке X; все бусины на нитке Х металлические, следовательно, эта бусина металлическая". Фактически экспериментальная работа основывается не на простых, а на условных силлогизмах. Мы говорим: "Если все глюкокортикоиды являются противовоспалительными кортикоидами и если кортизон -это глюкокортикоид, то кортизон является противовоспалительным кортикоидом". В биологии жесткие правила логики неприменимы, поскольку ни большая, ни меньшая посылки никогда не будут доказаны.
Как задавать вопросы природе
Я уже говорил, что всякое суждение строится на простом сравнении двух объектов, с тем чтобы установить, имеется ли между ними какая-либо связь. Мы должны выяснить, тождественны ли они, но ответить нам могут только "да" или "нет". Природа не болтлива, она просто утверждает либо отрицает. Наша задача -правильно формулировать вопросы. "Что такое стресс?" На этот вопрос Природа не может ответить "да" или "нет", следовательно, это бессмысленный вопрос.
Когда мы спрашиваем время от времени: "Что будет, если...?" или "Что находится там-то и там-то?" Природа безмолвно предъявляет нам некую картину. Но она никогда не объясняет. Руководствуясь только собственным инстинктом и опираясь на весьма ограниченные возможности нашего мозга, нам удается наконец сформулировать достаточно четкие и разумные вопросы, на которые Природа в состоянии дать ответ на своем понятном, но безмолвном языке знаков и картин. Из мозаики таких ответов вырастает понимание. Как формулировать вопросы. чтобы мозаика стала осмысленной, решает сам ученый. Поразительно, что этого не понимают многие ученые, в том числе биологи.
Если надо узнать, зависит ли функция роста организма от определенной эндокринной железы, последняя удаляется хирургическим путем из растущего организма молодого подопытного животного. Если рост останавливается, ответом будет "да". Если надо узнать, является ли некая экстрагированная из этой железы субстанция гормоном роста, она вводится тому же животному, и в случае если это животное вновь начинает расти и развиваться, то ответом опять будет "да". Именно эти знаки и подает Природа. Если нужно знать, что содержится в жировой ткани, окружающей почку, ткань рассекается и обнаруживаются надпочечники. Чтобы узнать форму, размер или структуру этой железы, на нее достаточно посмотреть; более детально ее исследуют под микроскопом. Именно эти картины и предъявляет Природа. Если же теперь спросить: "Что такое надпочечники?"--ответа не будет. Это неправильно поставленный вопрос, ибо на него нельзя ответить языком знаков либо картин.
Бэкон писал: "Человеку дано либо объединять вещи, либо разъединять их". То же справедливо и в отношении теоретических построений. Мы можем лишь членить сложные явления Природы на элементы и сравнивать элементы, составляющие одно явление, с элементами, составляющими другое явление. Такой путь ведет к построению очень сложных картин, однако полученная в результате бесчисленных вопросов (и ответов типа "да" -- "нет") составная мозаика создает впечатление простого приближения к оригиналу. Насколько сложные картины могут быть созданы с помощью бесчисленных комбинаций ответов "да" -- "нет", можно продемонстрировать с помощью электронного мозга. Задача исследователя -- четко ориентироваться в том, что именно нужно сравнивать, с какой точки зрения, как сопоставлять между собой однотипные элементы и каким образом организовать из простых ответов максимально насыщенную информационную цепочку.
ПРЕДПОСЫЛКИ ХОРОШИХ ТЕОРИЙ
Теории -- это нити, которые связывают имеющиеся факты, а поскольку все биологические элементы определены не строго и к тому же взаимопересекаются (как в блоке понятий на с. 259), то разработать однозначные и неизменные связи между фактами, такие связи, которые никогда не нуждались бы в пересмотре, в медицине невозможно. Когда наш разум, подчиняясь своей внутренней структуре, автоматически передвигается от одной точки к другой, так что факты едва ли не задевают друг друга, мы достигаем "самоочевидных истин", не нуждающихся ни в теоретическом, ни в экспериментальном доказательстве (например, "2+24" или "вывод, опирающийся на использование силлогизма, истинен"). Чем шире пробел, который должна заполнить теория, и чем более косвенные доказательства мы используем, тем сложнее предсказать выводы, которые будут получены. Возвращаясь к аналогии с цепочкой понятий, можно установить, что чем длиннее нить, которой мы должны воспользоваться, чтобы соединить два узла, тем вероятнее, что с добавлением новых нитей положение одного из узлов изменится или же будут обнаружены промежуточные узлы. Исследователь в этом случае никогда не знает, с чем ему предстоит столкнуться. В то же время чем больше узлов и чем устойчивее их положение (что подтверждено тщательными перекрестными проверками связей между узлами), тем надежнее сама теория, описывающая окружение всей цепочки. Другими словами, хорошая теория должна объединять наибольшее число фактов простейшим (кратчайшим) из возможных способов.
В сущности, все биологические теории могут уложиться в следующие три категории: 1) теории образования элементов, 2) теории классификации и 3) теории причинности.
= ТЕОРИИ ОБРАЗОВАНИЯ ЭЛЕМЕНТОВ
Термином "биологический элемент" мы воспользовались для обозначения любого явления жизни, которое можно истолковать как некую целостность. Это может быть действующий фактор, объект воздействия или какое-либо их свойство (цвет, возраст). Комплексы -- это объединения более мелких элементов, однако сами они одновременно представляют собой элементы более крупных структур. Клетки являются элементами печени, печень представляет собой элемент целого организма, а организм есть элемент в рамках вида. Выделение элементов -- это просто удобная абстракция. Подобно алгебраическим символам, биологические элементы дают возможность оперировать сходными объектами, как какой-то целостностью, как бы собирая их в одну упаковку. Вместо того чтобы перечислять все составляющие элементы, достаточно просто назвать всю упаковку, как если бы она была чем-то элементарным, неизменным и четко выделенным из окружающего мира. Разумеется, ни один биологический элемент не является таковым, однако, сообщив, к примеру, что "содержащая крахмал пища вызывает ожирение", мы фиксируем самое существенное. Мы опускаем при этом такие детали: ожирение вызывает не всякая крахмалистая пища, не в любых количествах и не у всякого.
На протяжении всей известной нам истории человечества, зафиксированной в документах, перфекционисты не прекращали нападки на самый принцип образования элементов, но, как ни крути, без таких элементов в биологии не обойдешься. Биологический элемент, как и любой другой элемент Природы, имеет только статистический смысл: когда мы говорим, что от крахмала полнеют, мы имеем в виду, что в большинстве случаев большинство людей полнеют от крахмала; когда же мы говорим, что беременность длится девять месяцев, мы имеем в виду, что у большинства женщин беременность длится приблизительно девять месяцев.
Объединяющая теория действует подобно магниту. Она выбирает однотипные элементы из случайного распределения разрозненных фактов и объединяет их в одну удобную упаковку, с тем чтобы эти элементы можно было использовать, передавать в процессе обучения либо хранить в памяти.
ТЕОРИИ КЛАССИФИКАЦИИ
Классификация -- самый древний и самый простой научный метод.
Она служит предпосылкой всех типов теоретических конструкций, включающих сложную процедуру установления причинно-следственных отношений, которые связывают классифицируемые объекты. Без классификации мы не смогли бы даже разговаривать. В самом деле, основу всякого нарицательного существительного (человек, почка, звезда) составляет узнавание стоящего за ним класса объектов. Определить некий класс объектов (например, позвоночные) -- значит установить те существенные характеристики (позвоночник), которые являются общими для всех составляющих этот класс элементов. Тем самым классификация предполагает выявление тех меньших элементов, которые входят в состав большего элемента (самого класса). Все классификации основываются на обнаружении той или иной упорядоченности. Наука занимается не отдельными объектами как таковыми, а обобщениями, т. е. классами и теми законами, в соответствии с которыми упорядочиваются объекты, образующие класс. Вот почему классификация представляет собой фундаментальный процесс. Это, как правило, первый шаг в развитии науки.
Мы уже говорили о том, что наилучшая теория классификации -- та, которая объединяет наибольшее число фактов самым простым из возможных способов.
Представим это графически. На рисунке изображен изначальный беспорядок, открывающийся перед исследователем при обнаружении явно не связанных между собой элементов. Семь из них имеют нечто общее: все они содержат черные линии. Назовем их "классом с черными полосами", с тем чтобы отличать от всех других объектов, которые не содержат черных линий. В рамках данного класса можно различать также подклассы с точечной II черной полосами, клеточной и черной полосами и просто с черной полосой. В результате остался единственный объект (No 3), не соответствующий ни одному из названных подклассов, поскольку он содержит сразу две черные полосы, одну точечную и одну клеточную. Подобная классификация строится не на теории, а на простом наблюдении.
Столкнувшись с аналогичной ситуацией при изучении явлений Природы, наблюдатель, возможно, попытался бы свести все объекты в единую систему, исходя из их размера, формы и структуры. Он мог бы сформулировать допущение (гипотезу), согласно которому он открыл новые принципы упорядоченности отдельных объектов. Предприняв ряд попыток объединить их, он, возможно, отыщет некий способ их организации, соответствующий гипотезе, согласно которой все эти объекты характеризуются тем, что естественным образом располагаются по двум параллельным линиям.
Если наблюдатель достаточно решителен, он даже выявит определенную последовательность в переходе от большого круга (No 5) до малого эллипса (No 1), а также вторую систему: большой квадрат (No 7) преобразуется в меньшую фигуру с закругленными углами (No 6). В результате подобного расположения рассматриваемых объектов выявляются некоторые новые виды упорядоченности. Например, согласно данным измерений, максимальный диаметр последовательных объектов верхнего ряда уменьшается по мере движения слева направо на величину, равную в точности меньшему диаметру (т. е. ширине) фигуры No 1. И, более того, все объекты в обоих рядах можно теперь соединить между собой прямыми линиями (точечными, клеточными или черными), представляющими собой проекции внутренней, "естественной" структуры объектов-элементов.
И все же данная классификация не может быть признана удовлетворительной. Элемент No 3, содержащий и точечную, и клеточную линии, не соответствует сколько-нибудь естественным образом ни одной из двух последовательностей, а линия, соединяющая верхний и нижний ряды, выглядит искусственной: рассматриваемые элементы не содержат предпосылок существования столь длинной ломаной линии (соединяющей элементы No 3 и No 6), как это постулируется в указанном на рисунке их гипотетическом расположении. И наконец, легко заметить, что несколько элементов не могут быть расположены вертикально, поскольку полосы в них идут горизонтально. Данная гипотеза не предполагает сколько-нибудь упорядоченной связи между элементами, и все же, как ни плоха наша классификация (мы не знаем, можно ли считать ее ошибочной), она обнаруживает некоторые неожиданные закономерности.
Но вот следующий наблюдатель, намереваясь внести больше порядка, разместил все элементы в одну линию.
Эта картина, пожалуй, несколько проще. Прежде всего соблюдается естественный порядок номеров от 1 до 7. Но один элемент, а именно No 3, все еще создает некоторый беспорядок, номера элементов по-прежнему не расположены строго вертикально, соединяющие линии все еще содержат чисто гипотетические изгибы (существование которых ни в коей мере не вытекает из наблюдаемых свойств самих элементов), а внезапное несоответствие размера и формы элементов No 5 и No 6 выглядит искусственным.
И тогда третий наблюдатель классифицирует рассматриваемые элементы по совершенно новой системе, располагая их все в виде буквы Y.
Такая классификация имеет очевидные преимущества перед всеми остальными. Она соединяет и упорядочивает все семь элементов наиболее простым способом, используя минимальное количество идеально прямых соединительных линий (допущений), причем все они соответствуют естественной структуре самих элементов.
В этом случае гипотеза становится теорией, в особенности если она обладает предсказательной силой. Последняя могла бы проявиться, например, в следующем: вполне можно было бы ожидать, что, изучая область, лежащую влево от элемента No 1, мы обнаружили бы еще меньшие по размеру эллипсы с черной полосой или что в правом верхнем углу от элемента No 5 появились бы еще более крупные круги с точечными и черными линиями.
Если теория получает подтверждение такого рода, то она может способствовать формулированию новых гипотез. Так появляется возможность предположить, что все рассматриваемые элементы имеют общий "порядок", располагаясь слева от элемента No 1 (теория эволюции), или же что все элементы проявляют тенденцию к упрощению -- превращению во все меньшие по размеру эллипсы с единственной черной полосой наподобие элемента No 1 (теория развития в сторону упрощения). Как и для любой чистой теории классификации, подтверждением нашей теории могут служить лишь те закономерности, которые она создает, включая и способность ее предсказывать будущие закономерности (например, где следует ожидать появления дополнительных элементов и каких именно). Данная теория не делает попыток вскрыть причинно-следственные отношения между элементами, однако она обеспечивает основание для этого шага, который, как правило, предпринимается на более поздних стадиях исследования. Сама по себе упорядоченность уже предсказывает наличие причинно-следственных связей. К примеру, если мы, изучая явления Природы, заметили, что те или иные элементы организованы по принципу уже известной нам Y-образной модели, мы могли бы ожидать, что под действием некоторых локальных факторов в направлении ветвей фигуры Y появились черные, точечные или клеточные линии. В то же время можно было бы также ожидать, что наличие во внутренней структуре таких линий заставило рассматриваемые элементы принять Y-образную форму.
Для больщей очевидности приведем реальную биологическую задачу. Исследователей давно интересовал вопрос: как связаны между собой кости, хрящи и соединительные ткани? При изучении под микроскопом самых разных взятых наугад участков скелетной структуры будут видны следующие типы клеток:
Строение этих клеток явно имеет некоторые общие характеристики: все они, в частности, содержат центральное ядро темного цвета. Однако во всех иных отношениях они полностью различны: одни клетки маленькие, другие большие, одни изолированы, другие образуют группы; оболочка одних клеток гладкая, а другие имеют ответвления или заключены в плотные капсулы. Такое отсутствие упорядоченности способно ввести в заблуждение, и для преодоления его нет иного пути, кроме как осуществить исследования, которые в итоге позволили бы провести классификацию всех этих типов клеток так, как показано на следующем рисунке:
По мере движения слева направо мы прежде всего отмечаем, что "недифференцируемые" клетки соединительной ткани увеличиваются в размере вплоть до третьей стадии (середина Y-образной структуры), после чего число их увеличивается путем деления, и они становятся дифференцированными: либо закругленными инкапсулированными клетками хряща (верхняя ветвь), либо клетками костей -- удлиненными и узкими, с развитыми ответвлениями (нижняя ветвь). И наконец, по мере продвижения к концам ветвей, на которых изображено по четыре клетки, мы наблюдаем под микроскопом типичные полностью развитые клетки хряща (верхняя ветвь) или костей (нижняя ветвь).
Подтверждением гипотезы, на основании которой была получена классификация, служат: 1) итоговая упорядоченность рассматриваемых элементов (непрерывность их переходных стадий развития при движении слева направо); 2) способность к прогнозированию (на каком бы участке ни были обнаружены клетки хряща или костей, всегда имеется возможность указать предшествующие им недифференцированные клетки соединительной ткани); 3) плодотворная гипотеза, являющаяся следствием имеющейся упорядоченности (эволюция клеток соединительной ткани в клетки хряща или костей, роль местных факторов в этой трансформации). Такие гипотезы становятся теориями в том случае, если путем непосредственных наблюдений удается доказать, что подобная эволюция может иметь место и что вызывать ее способны локальные (например, химические и механические) факторы.
Эти два примера (один абстрактный, а другой конкретный) показывают, какую помощь способна оказать простая классификация при формулировании теории, выявляющей закономерности и обладающей способностью к прогнозированию. Однако большинство полезных биологических теорий связаны непосредственно с причинностью.
ТЕОРИИ ПРИЧИННОСТИ