Спроектированная адаптивность: инженерная причинность – ответ на дарвиновский экстернализм

Популярная киноверсия «Рождественской песни» Чарльза Диккенса (Charles Dickens’ A Christmas Carol) начинается словами: «Старый Марли был мертв, как дверной гвоздь. Это нужно четко понимать, если мы хотим, чтобы от этой истории была хоть какая-то польза». Эта контекстуальная информация жизненно важна для понимания того, что произойдет в фильме.

Предыдущая статья «Спроектированной адаптивности»¹ была также крайне важна для того, чтобы заложить основу для продолжения этой серии статей. В ней описывалось, как экстернализм Чарльза Дарвина, ориентированный на окружающую среду, фокусируется на природе как творческом агенте изменений для организмов. Ответом на этот вопрос является разработка основанного на замысле, сфокусированного на организме объяснения приспособляемости существ – именно этому посвящены следующие статьи.

Важная информация о внешней причинности эволюции

Ключевой момент предыдущей статьи можно лучше всего подытожить словами известного гарвардского эволюциониста Стивена Гулда, который сказал:

«Теория Дарвина, в сильном и революционном контрасте, представляет собой первый "экстерналистский" рассказ об эволюции... Дарвин опрокинул все предыдущие традиции, предоставив внешней среде причинную и контролирующую роль в направлении эволюционных изменений».²

Дарвин стал первопроходцем в принципиально иной концепции природы как проводника замысла для организмов. Он предложил способ, при котором эффекты, обычно достигаемые благодаря усилиям дизайнера, теперь приписываются естественным процессам.

Экстерналисты рассматривают окружающую среду как субъект, действующий на организм как объект. Они рассматривают организмы как глину для лепки, сжимаемую руками окружающей среды с течением времени посредством «селективного давления», которое является внешним по отношению к организмам и навязывается им. Кроме того, они считают, что «окружающая среда непосредственно инструктирует организм, как изменяться» в процессе адаптации.³ Полагая, что процесс природного отбора действует подобно человеческому волеизъявлению, экстерналисты рассматривают природу как орган, который позволяет ей видеть, отбирать, сохранять и создавать организмы. Таким образом, природа является причиной разнообразия жизни. Те, кто изучал биологию, рассматривают живые существа через призму смелого противопоставления Дарвина, который рассматривал организмы как объекты действия окружающей среды.

Теоретик эволюции Дэниел Деннетт объясняет, почему экстерналистская причинность по сути противоположна разумному замыслу:

«Вы никогда не увидите, как копье делает оружейных дел мастера. Вы никогда не увидите, чтобы подкова сделала кузнеца. Вы никогда не увидите, чтобы горшок сделал гончара. Все всегда происходит наоборот, и это настолько очевидно, что просто кажется разумным. [Разумный замысел] отражает эту глубоко интуитивную идею, что вы никогда не получите изделие просто так... которую Дарвин полностью опровергает своей теорией естественного отбора. И он показал, [нецензурное выражение] нет, вы не только можете получить изделие из незадуманных вещей, вы даже можете получить эволюцию дизайнеров из этого незадуманного дизайна».⁴

Это естественный вывод из представления о том, что природа осуществляет избирательное воздействие на живые существа. Причинность связана с заслугой или виной за то, почему что-то существует или происходит. Дарвин был хорошо осведомлен о теории биологического дизайна и признавал это.⁵ Но подход Дарвина не является необходимостью научной методологии и представляет собой лишь выражение его натуралистического мировоззрения. Даже если его экстернализм проецирует на природу мистические силы и вызывает столь обширное воображение, что горшки делают гончаров, а природа – дизайнеров, экстерналисты должны придерживаться его, как откровенно говорит гарвардский генетик Ричард Левонтин, «независимо от того, насколько это контринтуитивно, независимо от того, насколько это мистично для непосвященных»,⁶ из-за своей жесткой приверженности натурализму.

Внутренние механизмы заставляют организмы отслеживать изменяющиеся условия

Другой подход разумно использует инженерные принципы для объяснения биологических систем, которые соответствуют шаблонам дизайна – не требуется ничего сверх. Организмы не будут рассматриваться как пассивная глина для моделирования, а будут рассматриваться как врожденная приспособляемость, которая позволяет им быть активными, решающими проблемы существами. Открытия разнообразных внутренних механизмов способствуют развитию еще одной новой концепции: адаптация основана на компиляции инженерных систем, которые обеспечивают быстрый рост и физиологические изменения в ответ на сигналы и вызовы окружающей среды.

Модель, основанная на дизайне и ориентированная на организмы, может утверждать, что организмы активно перемещаются в пространстве-времени, постоянно отслеживая условия окружающей среды, и присущие им возможности выражают соответствующие черты. Эти черты являются результатом работы систем с присущими им датчиками и запрограммированной логикой, которые точно описаны с помощью инженерной причинности и характеризуется как внутренние.

Описание и иллюстрация инженерной причинности

Инженерная причинность отличается от философской, психологической, теологической или другой причинности. Инженерная причинность фокусируется на целых системах, а не на отдельных элементах. Поскольку вся система перестает функционировать при потере любого жизненно важного элемента, то ни один отдельный элемент не объявляется причинным. Инженерные причины отличаются ясностью, объективностью и тщательностью. В причинно-следственные цепочки включаются только проверяемые элементы – ни один жизненно важный элемент не опускается. В данной серии статей эти цепочки обычно связывают генетическую или эпигенетическую информацию через конкретные клеточные системы с измененными признаками, а затем с конкретными условиями окружающей среды, с которыми они связаны.

Представляется естественным включить этот объективный подход в биологические исследования, которые уже занимаются реинжинирингом биологических систем, методично разбирая их компоненты. Также было бы полезно знать основные инженерные принципы, определяющие, как работают системы, автоматически самонастраивающиеся на динамичные внешние условия, если кто-то хочет узнать, что заставляет их работать.

Когда инженеры проектируют самонастраивающиеся системы, они заранее знают причины адаптивности. Но если неинженеры понимают, они тоже могут применять инженерные принципы и причинно-следственные связи. Лучший способ понять инженерную причинность – это продумать дизайн простого адаптируемого объекта.

Допустим, вы считаете, что плохая видимость в ночное время около вашей входной двери является проблемой, поэтому вы хотите создать фонарь на крыльце, который включался бы при приближении человека ночью. После приобретения розетки и лампочки и подключения проводов к источнику электроэнергии вы заметили, что темнота и движение человека сами по себе не включают свет. Таким образом, эти внешние условия не могут заставить ваш светильник включиться. Но вы, как дизайнер, можете указать эти условия как стимулы, если они присутствуют. Однако просто указать эти условия недостаточно. Вы должны оснастить ваш светильник детекторами, чувствительными к этим условиям. Затем вы включаете логическое устройство, которое вы программируете для интеграции данных, поступающих от ваших детекторов, так что если (+) темнота и (+) движение, то выключатель замыкается, позволяя электричеству поступать к вашей лампочке. Вы также отмечаете, что ваш светильник на крыльце – это самонастраивающаяся система, это самодостаточная сущность, и она фактически работает все время – даже когда свет не включен.

Что ваш проект подчеркивает в отношении инженерной причинности? Вся способность вашего устройства соотноситься и адаптироваться к внешним условиям заложена в самом устройстве. Детекторы, логический механизм и переключение выхода – все это внутреннее. Признаки, которые вы включили в вашу систему, определяют, что только определенные внешние условия являются стимулами. Информация, отраженная в порядке расположения элементов системы, спецификации стимулов и т.д., – все это внутреннее. Правильная работа внутренних систем приводит к целенаправленному функционированию. Что касается внешних условий, темнота и движение – это переменные, которые либо присутствуют, либо нет (среди огромного количества условий) и сами по себе недостаточны для того, чтобы ваша система функционировала.

Как отличить инженерную причинность от типичного сценария, основанного на внешней причинности, в данной иллюстрации? Инженерные причинно-следственные цепочки не опускают жизненно важные элементы, поэтому причинно-следственная связь не будет идти напрямую от темноты/движения к освещению, пропуская ключевые детекторы, логический механизм и выходной выключатель. А поскольку цепочки включают только проверяемые элементы, никакой мистический «отбор... [природными] силами, лишенный какой-либо целенаправленности или предвидения будущих возможностей» не вставляется в качестве «замены дизайнера».⁷ Если ваш светильник работает правильно, заслуга, связанная с причинностью, обусловлена удачным внутренним дизайном, а не тем, что ему таинственным образом благоволила проблема, которую он решил (т.е. темнота).

Внутренняя причинность и инженерные адаптируемые системы

Инженеры могут выбрать одну из нескольких стратегий проектирования, чтобы справиться с проблемой неопределенности. Они могут включать очень сложные системы, или они могут попытаться предотвратить отказ путем включения дублирующих (т.е. избыточных) систем. Еще одна стратегия – проектирование «адаптивности», то есть систем, которые позволяют ему изменчиво реагировать на изменяющиеся условия.

Самоуправляемый, автономный и адаптируемый объект может нуждаться во внешних ресурсах, скажем, в топливе или строительных материалах, которые его системы перерабатывают. Но эту потребность не следует путать с причинно-следственной связью. Адаптируемая функция получается из ее внутренних систем, что подтверждается следующими признаками.

1. Внутреннее программирование, системы и характеристики черт определяют только определенные внешние условия, с которыми субъект может соотноситься и как он будет реагировать.

2. Характеристики черт определяют успех/неуспех субъекта в решении проблем внешнего воздействия. Рассмотрение внешних условий как воздействия - это подход, принятый в медицинских исследованиях и биомедицинской инженерии.

3. Если объект не может достичь желаемой функции, то объект является преимущественно объектом модификации разработчиков, а не внешние условия являются причиной.

4. Внешние условия сами по себе не являются индукторами, триггерами или регуляторами, но внутренняя информация может определить условие как стимул или подсказку. Специфический детектор, чувствительный к условию, интегрируется в объект для запуска или вызывания реакции.

5. Сложная адаптивность, называемая искусственным интеллектом, которая представляет собой способность «учиться» на основе исторических обменов с внешними условиями, должна быть запрограммирована заранее. Если сущность будет меняться со временем в силу своей природы и опыта воспитания, она должна быть оснащена природой, позволяющей ее воспитывать.

Биологическое понимание может быть уточнено с помощью инженерной причинности

В дисциплинах, не связанных с инженерией, определение причинности может быть неточным. Студенты-теологи могут просидеть весь день в кафе, рассуждая о непосредственной причине, вторичной причине, истинной причине, теологической причине и так далее. Студенты-медики регулярно обсуждают необходимые и достаточные причины некоторых заболеваний. В моем учебнике по философии описывается множество типов причинности. О некоторых из них написаны целые книги. Даже если речь идет о статичных предметах, для некоторых ученых субъективный характер определения причинности становится запутанным, а для адаптируемых вещей это еще сложнее.

Факт приспособляемости существ лежит в основе споров о разумном замысле и эволюции. Гулд проницательно замечает:

«Слово "адаптация" не вошло в биологию с появлением эволюционной теории. Оксфордский словарь английского языка относит этот термин к началу XVII века в различных значениях, все они обозначают дизайн или пригодность объекта для определенной функции, соответствие одной вещи другой. Британская школа естественной теологии использовала "адаптацию" как стандартное слово для иллюстрации Божьей мудрости через изысканное соответствие формы непосредственной функции. Дарвин, заимствуя этот термин, следовал устоявшемуся определению, но при этом радикально пересмотрел причину этого явления».⁸

Дарвин перевернул предыдущие традиции, предоставив внешней среде причинную роль в адаптации, что было противоположно разумному замыслу. Даже сегодня дарвиновский сдвиг в причинно-следственной связи упускается из виду, поскольку люди могут не задумываться о том, как на самом деле функционируют адаптирующиеся системы. При беглом рассмотрении оказывается, что существует две переменные части, вызывающие реакцию организма на условия окружающей среды: непонятные микроскопические системы организма и видимые внешние условия. Таким образом, люди могут легко запутаться.

Эти запутанные понятия и определения необходимо тщательно разделить, чтобы мы могли разобраться в этой истории. Разобраться в путанице чего бы этого не стоило. Если бы распутать дарвиновскую путаницу было просто, люди сразу бы заметили ее и были бы менее склонны просто критиковать достаточность дарвиновских экстерналистских концепций, а ставить под сомнение их научную обоснованность. Рамки, позволяющие выявить методически объективную инженерную причинность в системах организма, могли бы распутать причины, которые сбивают с толку экстерналистов.

Кроме того, возрастающее количество исследований показывают, что в соответствии с инженерной причинностью организмы действительно используют внутренние системы, которые имеют встроенные датчики и запрограммированную логику для постоянного отслеживания условий окружающей среды и выражения соответствующих признаков.

Эволюционисты обычно отвергают концепцию о том, что организмы были спроектированы, и сопротивляются внедрению инженерных принципов в биологию. Они могут ответить, что тип адаптации, описанный в этой серии, относится только к физиологической адаптации, а не к межпоколенческой, которая, как они утверждают, обусловлена случайными мутациями, вызывающими изменение признаков, которые отбираются средой. В следующих статьях этой серии будут представлены отчеты, ставящие под сомнение идею о том, что существует резкое различие между физиологической и межпоколенной адаптацией. В них будет рассмотрено представление о том, что многие мутации действительно случайны и не являются результатом работы адаптирующихся систем, а также относительная роль генетических изменений в адаптации. В следующей статье будет приведен пример, иллюстрирующий ценность инженерной причинности в биологии.