Спроектована адаптивність: інженерна причинність – відповідь на дарвінівський екстерналізм

Популярна кіноверсія «Різдвяної пісні» Чарльза Діккенса (Charles Dickens' A Christmas Carol) починається словами: «Старий Марлі був мертвий, як дверний цвях. Це потрібно чітко розуміти, якщо ми хочемо, щоб від цієї історії була хоч якась користь». Ця контекстуальна інформація життєво важлива для розуміння того, що станеться у фільмі.

Попередня стаття «Спроектованої адаптивності»¹ була також вкрай важлива для того, щоб закласти основу для продовження цієї серії статей. У ній описувалося, як екстерналізм Чарльза Дарвіна, орієнтований на навколишнє середовище, фокусується на природі як творчому агенті змін для організмів. Відповіддю на це питання є розробка заснованого на задумі, сфокусованого на організмі пояснення пристосовності істот – саме цьому присвячені наступні статті.

Важлива інформація про зовнішню причинність еволюції

Ключовий момент попередньої статті можна найкраще підсумувати словами відомого гарвардського еволюціоніста Стівена Гулда, який сказав:

«Теорія Дарвіна, в сильному та революційному контрасті, являє собою першу "екстерналістську" розповідь про еволюцію... Дарвін перекинув усі попередні традиції, надавши зовнішньому середовищу причинну та контролюючу роль в напрямку еволюційних змін».²

Дарвін став першопрохідцем в принципово іншій концепції природи як провідника задуму для організмів. Він запропонував спосіб, за якого ефекти, що зазвичай досягаються завдяки зусиллям дизайнера, тепер приписуються природним процесам.

Екстерналісти розглядають навколишнє середовище як суб'єкт, що діє на організм як об'єкт. Вони розглядають організми як глину для ліплення, що стискається руками довкілля з плином часу за допомогою «селективного тиску», який є зовнішнім щодо організмів і нав'язується їм. Окрім того, вони вважають, що «навколишнє середовище безпосередньо інструктує організм, як змінюватися» в процесі адаптації.³ Вважаючи, що процес природного добору діє подібно до людського волевиявлення, екстерналісти розглядають природу як орган, що дає їй змогу бачити, добирати, зберігати й створювати організми. Таким чином, природа є причиною різноманітності життя. Ті, хто вивчав біологію, розглядають живі істоти через призму сміливого протиставлення Дарвіна, який розглядав організми як об'єкти дії навколишнього середовища.

Теоретик еволюції Деніел Деннетт пояснює, чому екстерналістська причинність по суті протилежна розумному задуму:

«Ви ніколи не побачите, як спис робить майстра-зброяра. Ви ніколи не побачите, щоб підкова зробила коваля. Ви ніколи не побачите, щоб горщик виліпив гончара. Все завжди відбувається навпаки, й це настільки очевидно, що просто здається розумним. [Розумний задум] відображає цю глибоко інтуїтивну ідею, що ви ніколи не отримаєте виріб просто так... яку Дарвін повністю спростовує своєю теорією природного добору. І він показав, [нецензурний вираз] ні, ви не тільки можете отримати виріб із незадуманих речей, ви навіть можете отримати еволюцію дизайнерів із цього незадуманого дизайну».⁴

Це природний висновок з уявлення про те, що природа здійснює вибірковий вплив на живі істоти. Причинність пов'язана із заслугою або провиною за те, чому щось існує або відбувається. Дарвін був добре обізнаний про теорію біологічного дизайну й визнавав це.⁵ Але підхід Дарвіна не є необхідністю наукової методології і являє собою лише вираження його натуралістичного світогляду. Навіть якщо його екстерналізм проєктує на природу містичні сили й викликає настільки широку уяву, що горщики роблять гончарів, а природа – дизайнерів, екстерналісти повинні дотримуватися його, як відверто говорить гарвардський генетик Річард Левонтін, «незалежно від того, наскільки це контрінтуїтивно, незалежно від того, наскільки це містично для непосвячених»,⁶ через свою жорстку прихильність до натуралізму.

Внутрішні механізми змушують організми відстежувати умови, що змінюються

Інший підхід розумно використовує інженерні принципи для пояснення біологічних систем, які відповідають шаблонам дизайну – не потрібно нічого понад цього. Організми не будуть розглядатися як пасивна глина для моделювання, а будуть розглядатися як вроджена пристосовність, що дозволяє їм бути активними істотами, які вирішують проблеми. Відкриття різноманітних внутрішніх механізмів сприяють розвитку ще однієї нової концепції: адаптація ґрунтується на компіляції інженерних систем, які забезпечують швидкий ріст і фізіологічні зміни у відповідь на сигнали та виклики навколишнього середовища.

Модель, що ґрунтується на дизайні та орієнтована на організми, може стверджувати, що організми активно переміщуються в просторі-часі, постійно відстежуючи умови довкілля, й притаманні їм можливості виражають відповідні риси. Ці риси є результатом роботи систем із притаманними їм датчиками та запрограмованою логікою, які точно описані за допомогою інженерної причинності та характеризується як внутрішні.

Опис та ілюстрація інженерної причинності

Інженерна причинність відрізняється від філософської, психологічної, теологічної або іншої причинності. Інженерна причинність фокусується на цілих системах, а не на окремих елементах. Оскільки вся система перестає функціонувати при втраті будь-якого життєво важливого елемента, то жоден окремий елемент не оголошується причинним. Інженерні причини вирізняються ясністю, об'єктивністю й ретельністю. До причинно-наслідкових ланцюжків включають тільки елементи, що перевіряються, – жоден життєво важливий елемент не опускають. У цій серії статей ці ланцюжки зазвичай пов'язують генетичну або епігенетичну інформацію через конкретні клітинні системи зі зміненими ознаками, а потім із конкретними умовами навколишнього середовища, з якими вони пов'язані.

Видається природним включити цей об'єктивний підхід в біологічні дослідження, які вже займаються реінжинірингом біологічних систем, методично розбираючи їхні компоненти. Також було б корисно знати основні інженерні принципи, що визначають, як працюють системи, які автоматично самоналаштовуються на динамічні зовнішні умови, якщо хтось хоче дізнатися, що змушує їх працювати.

Коли інженери проєктують самоналагоджувальні системи, вони заздалегідь знають причини адаптивності. Але якщо неінженери розуміють, вони теж можуть застосовувати інженерні принципи та причинно-наслідкові зв'язки. Найкращий спосіб зрозуміти інженерну причинність – це продумати дизайн простого об'єкта, що адаптується.

Припустімо, ви вважаєте, що погана видимість в нічний час біля ваших вхідних дверей є проблемою, тож ви хочете створити ліхтар на ґанку, який увімкнеться, якщо людина наблизиться вночі. Після придбання розетки й лампочки та під'єднання дротів до джерела електроенергії ви помітили, що темрява й рух людини самі по собі не вмикають світло. Таким чином, ці зовнішні умови не можуть змусити ваш світильник увімкнутися. Але ви, як дизайнер, можете вказати ці умови як стимули, якщо вони присутні. Однак просто вказати ці умови недостатньо. Ви маєте обладнати ваш світильник детекторами, чутливими до цих умов. Потім ви вмикаєте логічний пристрій, який ви програмуєте для інтеграції даних, що надходять від ваших детекторів, тож якщо (+) темрява і (+) рух, то вимикач замикається, даючи змогу електриці надходити до вашої лампочки. Ви також зазначаєте, що ваш світильник на ґанку – це самоналаштовувальна система, це самодостатня сутність, й вона фактично працює весь час – навіть коли світло не ввімкнене.

Що ваш проєкт підкреслює щодо інженерної причинності? Уся здатність вашого пристрою співвідноситися й адаптуватися до зовнішніх умов закладена в самому пристрої. Детектори, логічний механізм й перемикання виходу – все це внутрішнє. Ознаки, які ви включили у вашу систему, визначають, що тільки певні зовнішні умови є стимулами. Інформація, відображена в порядку розташування елементів системи, специфікації стимулів тощо, – усе це внутрішнє. Правильна робота внутрішніх систем призводить до цілеспрямованого функціонування. Що стосується зовнішніх умов, темрява й рух – це змінні, які або присутні, або ні (серед величезної кількості умов) й самі по собі недостатні для того, щоб ваша система функціонувала.

Як відрізнити інженерну причинність від типового сценарію, що ґрунтується на зовнішній причинності, в цій ілюстрації? Інженерні причинно-наслідкові ланцюжки не опускають життєво важливі елементи, тому причинно-наслідковий зв'язок не буде йти безпосередньо від темряви/руху до освітлення, пропускаючи ключові детектори, логічний механізм й вихідний вимикач. А оскільки ланцюжки включають тільки елементи, що перевіряються, ніякий містичний «добір... [природними] силами, позбавлений будь-якої цілеспрямованості або передбачення майбутніх можливостей» не вставляється як «заміна дизайнера»⁷ Якщо ваш світильник працює правильно, заслуга, пов'язана з причинністю, зумовлена вдалим внутрішнім дизайном, а не тим, що йому таємничим чином благоволила проблема, яку він розв'язав (тобто темрява).

Внутрішня причинність та інженерні системи, що здатні адаптуватися

Інженери можуть вибрати одну з декількох стратегій проєктування, щоб впоратися з проблемою невизначеності. Вони можуть включати дуже складні системи, або вони можуть спробувати запобігти відмові шляхом включення дублюючих (тобто надлишкових) систем. Ще одна стратегія – проєктування «адаптивності», тобто систем, які дають змогу йому мінливо реагувати на умови, що змінюються.

Самоврядний, автономний та адаптований об'єкт може мати потребу в зовнішніх ресурсах, скажімо, в паливі або будівельних матеріалах, які його системи переробляють. Але цю потребу не слід плутати з причинно-наслідковим зв'язком. Адаптована функція виходить з її внутрішніх систем, що підтверджується такими ознаками.

1. Внутрішнє програмування, системи та характеристики рис визначають тільки певні зовнішні умови, з якими суб'єкт може співвідноситися та як він реагуватиме.

2. Характеристики рис визначають успіх/неуспіх суб'єкта у вирішенні проблем зовнішнього впливу. Розгляд зовнішніх умов як впливу – це підхід, прийнятий в медичних дослідженнях й біомедичній інженерії.

3. Якщо об'єкт не може досягти бажаної функції, то об'єкт є переважно об'єктом модифікації розробників, а не зовнішні умови є причиною.

4. Зовнішні умови самі по собі не є індукторами, тригерами або регуляторами, але внутрішня інформація може визначити умову як стимул або підказку. Специфічний детектор, чутливий до умови, інтегрується в об'єкт для запуску або викликання реакції.

5. Складна адаптивність, звана штучним інтелектом, яка являє собою здатність «вчитися» на основі історичних обмінів із зовнішніми умовами, має бути запрограмована заздалегідь. Якщо сутність змінюватиметься з часом через свою природу й досвід виховання, вона має бути обладнана природою, що дозволяє її виховувати.

Біологічне розуміння може бути уточнено за допомогою інженерної причинності

В дисциплінах, не пов'язаних з інженерією, визначення причинності може бути неточним. Студенти-теологи можуть просидіти весь день у кав'ярні, розмірковуючи про безпосередню причину, вторинну причину, істинну причину, теологічну причину тощо. Студенти-медики регулярно обговорюють необхідні та достатні причини деяких захворювань. В моєму підручнику з філософії описується безліч типів причинності. Про деякі з них написано цілі книжки. Навіть якщо йдеться про статичні предмети, для деяких вчених суб'єктивний характер визначення причинності стає заплутаним, а для адаптованих речей це ще складніше.

Факт пристосовності істот лежить в основі суперечок про розумний задум та еволюцію. Гулд проникливо зауважує:

«Слово "адаптація" не увійшло в біологію з появою еволюційної теорії. Оксфордський словник англійської мови відносить цей термін до початку XVII століття в різних значеннях, усі вони позначають дизайн або придатність об'єкта для певної функції, відповідність однієї речі іншій. Британська школа природничої теології використовувала "адаптацію" як стандартне слово для ілюстрації Божої мудрості через вишукану відповідність форми безпосередній функції. Дарвін, запозичуючи цей термін, слідував усталеному визначенню, але при цьому радикально переглянув причину цього явища».⁸

Дарвін перевернув попередні традиції, надавши зовнішньому середовищу причинну роль в адаптації, що було протилежно розумному задуму. Навіть сьогодні дарвінівський зсув у причинно-наслідковому зв'язку не береться до уваги, оскільки люди можуть не замислюватися над тим, як насправді функціонують системи, що адаптуються. При побіжному розгляді виявляється, що існує дві змінні частини, що викликають реакцію організму на умови навколишнього середовища: незрозумілі мікроскопічні системи організму й видимі зовнішні умови. Таким чином, люди можуть легко заплутатися.

Ці заплутані поняття й визначення необхідно ретельно розділити, щоб ми могли розібратися в цій історії. Розібратися в плутанині чого б цього не коштувало. Якби розплутати дарвінівську плутанину було просто, люди одразу б помітили її й були б менш схильні просто критикувати достатність дарвінівських екстерналістських концепцій, а ставити під сумнів їхню наукову обґрунтованість. Рамки, що дають змогу виявити методично об'єктивну інженерну причинність у системах організму, могли б розплутати причини, які збивають з пантелику екстерналістів.

Окрім того, дедалі більша кількість досліджень показує, що відповідно до інженерної причинності організми справді використовують внутрішні системи, що мають вбудовані датчики та запрограмовану логіку для постійного відстеження умов довкілля та вираження відповідних ознак.

Еволюціоністи зазвичай відкидають концепцію про те, що організми були спроектовані, й чинять опір впровадженню інженерних принципів у біологію. Вони можуть відповісти, що тип адаптації, описаний в цій серії, відноситься тільки до фізіологічної адаптації, а не до адаптації між поколіннями, яка, як вони стверджують, зумовлена випадковими мутаціями, які спричиняють зміну ознак, що відбираються середовищем. В наступних статтях цієї серії будуть представлені звіти, які ставлять під сумнів ідею про те, що існує різка відмінність між фізіологічною й адаптацією між поколіннями. В них буде розглянуто уявлення про те, що багато мутацій справді випадкові й не є результатом роботи систем, що адаптуються, а також відносна роль генетичних змін в адаптації. В наступній статті буде наведено приклад, що ілюструє цінність інженерної причинності в біології.