Более полумиллиарда лет назад, во время эдиакарского периода, сюрреалистический мир жизни захватил дно океана. Странные животные с мягким телом имели физические формы, которые бросали вызов воображению: фантастические капли и ребристые диски, сегментированные трубки и перевернутые колокольчики, конические веретена и тонкие конусы. Возможно, они были первыми крупными многоклеточными организмами планеты, но вскоре они вымерли, не оставив после себя более совершенных форм; следы окаменелостей в древних плитах из песчаника и кварцита - все, с чем имеют дело палеонтологи.

Из-за этой странности ученые до сих пор спорят о базовых вещах: как они развивались, как питались и размножались, почему одни виды представлены более широко, а другие нет, можно ли считать эти живые организмы отдельными особями или колониями более мелких обитателей, где заканчиваются их желеобразные тела и начинается «социальное» или природное окружение?

Задача различения живых существ может быть затруднена, и не только для экспертов, стремящихся понять фрагментированные записи окаменелостей. Четких критериев того, что является живым, биологической жизнью, нет. Природа пренебрежительно относится к своим границам: например, вирусы полагаются на клетки-хозяева, чтобы воспроизводить самих себя. Бактерии разделяют и меняют гены, в то время как виды более высокого порядка гибридизуются. Тысячи амёб собираются в башни, чтобы распространить споры. Рабочие муравьи и пчелы могут быть непродуктивными членами социал-колонии «суперорганизмов». Лишайники являются симбиотическими композициями грибов и водорослей или цианобактерий. Даже люди содержат по крайней мере столько же бактериальных клеток, сколько «я» клеток, а микроорганизмы в кишечнике неразрывно связаны с нашим развитием, физиологией и выживанием.

По словам Джона Дюпре, философа науки в Университете Эксетера и директора Центра изучения естественных наук Egenis, микроорганизмы иногда так тесно взаимосвязаны, что неясно, следует ли их классифицировать каким-либо образом.

Тем не менее, возможность производить видовые различия чрезвычайно важна для ученых. Даже экологи распределяют людей относительно компонентных симбиозов и отношений, которые определяют сообщество. Эволюционисты, изучающие механизмы естественного отбора, должны понимать, по каким критериям и почему выбираются те или иные особи.

То же самое относится к областям биологии, имеющим дело с более абстрактными понятиями — сущностями/категориями, которые появляются как отдельные модели в более крупных схемах поведения или деятельности. Например, нейробиологи «работают» с кластерами нейронов в мозге, действующими как единое целое при формировании системы «стимул-реакция».

Тем не менее, понимание того, что означает быть человеком, для науки весьма затуманено. Некоторые биологи даже говорят, что нельзя выделить человека в качестве индивида. Как в ситуации с горкой песка. Мы знаем, что это «горка» или «песок», но отдельная песчинка для нас то ли неинтересна, то ли мы не способны ее классифицировать по объективным показателям.

Такое фундаментальное определение частично отсутствует потому, что биология остается эмпирически управляемая дисциплиной. Она не располагает широкой теоретической базой. Впрочем, думается, это беда практически всех наук с операционной моделью «данные-гипотеза-доказательства-теория». По классике: что первично — яйцо или курица?

Теперь несколько групп ученых собираются изменить ттрадиционный подход - и они начинают с формализации концепции индивидуальности, единичности в соответствии с набором принципов и измерений, которые, как они надеются, приведут биологию в новую эру.

Что измерять?

Когда дело доходит до определения биологического единичного (существ, индивидов), мы склонны полагаться на то, как мы можем наблюдать и измерять. Клетки ограничены оболочками, животные - своей кожей; мы можем упорядочить ДНК и разграничить гены в определенных последовательностях. Далее, пересмотреть наше понимание организма и связанных с ним характеристик: сущности, которая физически отделена от окружающей среды, имеет ДНК и может размножаться.

Но это не единственный способ описать живые существа - и при этом это не всегда лучший. Упрощенно говоря, если бы Дарвин был микробиологом, то он бы не выбрал выживаемость индивидов в качестве чуть ли не единственного механизма эволюции. Работают совершенно иные механизмы, а теория британца безмятежно устарела и не отвечает реалиям накопленных данных и теоретическим знаниям. Кроме того, дарвинизм не задает объективный способ идентификации биологических единиц, операционных критериев для количественной оценки индивидуальности, основанных на внутренней динамике изучаемой системы, без смещений или ограничений, налагаемых внешними обстоятельствами.

Джессика Флэк, эксперт по изучению коллективных явлений, вообще говорит о произвольности концепций индивидуальности при изучении биологических процессов. Совместно с другими учеными она предложила альтернативное фундаментальное определение «живого». В его основе лежит идея о том, что индивид следует рассматривать не в пространственной, а во временной концепции: как нечто, что сохраняется стабильно, но динамично во времени.

Еще в начале 1800-х годов французский зоолог Жорж Кювье описал жизнь как молекулярный вихрь, своего рода броуновское движение, динамичное во времени. По его мнению, форма живого тела более важна, чем материя. Это иной подход, при котором биологические системы существуют не как фиксированные объекты или материалы, а как текущие модели и отношения в общем потоке.

Однако генная теория спутала все методологические карты. Ситуация начинает потихоньку меняться, биология вещей трансформируется в биологию процессов.

Ученые сейчас разрабатывают новый инструментарий формализации данных и методов изучения. По сути, речь идет о создании нового научного дискурса в биологии, а также определяются границы статистического языка.

Индивидуальность со многими степенями свободы

Кракауэр и Флэк в сотрудничестве с Нихат Ай из Института математики им. Макса Планка предположили, что теория информации — методический ключ, способный формализовать принцип индивидуального в новом прочтении. Поэтому они исходили из определения индивида как совокупности, которая «сохраняла меру временной целостности», распространяя почти максимальное количество информации во времени.

Таким образом, новейший биологический формализм основан на трех аксиомах.

•     Во-первых, индивидуальность может существовать на любом уровне биологической организации, от субклеточного до социального.
•     Во-вторых, индивидуальность может быть вложенной - один человек может существовать внутри другого.
•     В-третьих, индивидуальность существует в континууме, и сущности могут иметь измеримые степени свободы.

Это означает, что в будущих исследованиях будет делаться акцент на количественных методиках, а не на категоризации, как было до сих пор. Именно с такой точки зрения определяется, является ли вирус живым существом. То есть: как живет вирус? Сколько у него индивидуальностей, проявлений в мире?

Кракауэр и Флэк утверждают, что они описали математическую структуру, которая разбивает информационные потоки на части и оценивает индивидуальность на основе того, как различные комбинации воздействий окружающей среды и внутренней динамики могут предсказать будущие вероятностные состояния системы.

Основываясь на этих градиентах потока информации, команда выделяет два типа индивидуальности.

•     Первый - это индивидуальный организм, субъект, который формируется факторами окружающей среды, но обладает свободой самоорганизации. Почти вся информация, которая определяет жизнь единичного, является внутренней и основана на его собственных предыдущих состояниях.
•     Второй тип индивидуальности - это колониальная форма, которая включает более сложные отношения между внутренними и внешними факторами. В эту категорию могут входить колония муравьев или распределенные по паутине системы, которые «частично защищены» своей средой, но при этом сохраняют некоторую самостоятельную структуру.

Такой подход позволяет проверить, как различные граничные условия способны влиять на степень свободы индивидуальности объекта и его отношение к окружающей среде. Например, как «индивид» превращается в экосистему? Что происходит с экосистемой, если вид исчезает или меняется важнейший фактор окружающей среды? Что произойдет, если граница обитания организма проведена не вокруг его кожи, а простирается дальше, чтобы охватить часть окружающей его среды? Ответы зависят от нашего понимания взаимозависимости организмов, видов и их физического окружения.

Сохранение индивидуальности

Ряд ученых, в целом соглашаясь с идеями Кракауэра-Флэк, все же утверждают, что в их подходе не учитывается, как индивид поддерживает границы обитания вокруг себя. Неясно, как «внешняя» информация становится «внутренней». Структура Кракауэра и Флэк необязательна «понятна» для организма. Нет гарантии того, что получаемая извне информация используется для поддержания «внутренней» жизни.

В качестве альтернативы предлагается теория биологической самоорганизации на основе «принципа свободной энергии» Фристона. Данный подход совместим с формализмом Кракауэра и Флэка, но ограничивает описание биологических сущностей. Поддержка собственной индивидуальности перестает быть фактором развития.

Принцип свободной энергии утверждает, что любая самоорганизующаяся система будет выглядеть так, как она генерирует прогнозы относительно своего окружения и минимизирует ошибки прогнозов. Для организмов это отчасти означает, что они постоянно сравнивают свои чувственные и перцептивные переживания с их ожиданиями.

Другие интереcные современные новости: