Взаимоотношения теоретического и эмпирического - аспекты проблемы в биологии и медицине

Возможно выделить несколько классов  модельных объектов молекулярной биологии с тем, чтобы подчеркнуть необходимость  дифференцированного к ним подхода  и специфичность возникающих  при этом гносеологических проблем. Первая группа объектов представляет истинные метаболиты, то есть, казалось бы, именно те структуры, которые непосредственно осуществляют процесс жизнедеятельности. Однако влияние условий и методов физико-химического их изучения заставляют нас рассматривать биохимические структуры in vitro как модели оригиналов, включенных в реальный процесс организма. Депо здесь не только в том, что выделение, очистка, аналитическое расчленение биохимической структуры чреваты подчас непредсказуемыми его изменениями. Главное заключается в самом факте ее изоляции из совокупности взаимодействий внутри живого организма. Функционирование структуры, освоенное на "языке" физико-химических закономерностей, оставляет вне поля зрения зависимость этого функционирования от иерархии целостных биологических систем, в которую включена эта структура. Более того, даже на уровнях биохимических структур задача эксперимента вынуждает "отсекать" те взаимодействия, которые кажутся несущественными, те факторы, которые сознательно не берутся в расчет. Но именно неконтролируемые факторы могут быть причиной вариабельности изучаемой переменной. Стараясь ограничить задачу и получить точный результат, экспериментатор старается всеми средствами снизить вариабельность признака, сужая тем самым и зону адекватности результатов, и значение получаемых данных.

РАЗДЕЛ 3. ФИЛОСОФСКИЕ АСПЕКТЫ ПРОЦЕДУР МОДЕЛИРОВАНИЯ В СОВРЕМЕННОЙ БИОЛОГИИ.

Всякое вновь изучаемое явление  или процесс бесконечно сложно и  многообразно и потому до конца принципиально  не познаваемо и не изучаемо. Поэтому, приступая к изучению явления или процесса, исследователь заменяет его схематической моделью, которая выбирается тем более сложной, чем подробнее и точнее нужно изучить упомянутое явления. В модели сохраняется только самые существенные стороны изучаемого явления, а все мало существенные свойства и закономерности отбрасываются.

Какие стороны изучаемого явления  необходимо сохранить в модели и  какие отбросить, зависит от постановки задачи исследований. Цель и задачи исследований формулируются перед началом разработки теории еще неизученного явления или уточнения уже существующей теории с целью более адекватного описания изучаемого процесса или явления. Построение теории начинается с выбора некоторого достаточного множества понятий и определения тех объектов, с которыми будет оперировать формируемая теория. Иногда список исходно определяемых понятий и объектов называют терминами теории. Они должны быть определены так, чтобы воспринимались любым исследователем однозначно.

Далее необходимо ввести, при построении модели явления, самые необходимые свойства определяемых объектов (“кирпичей” теории) и правила их взаимодействия и преобразования. Список введенных свойств и правил должен быть полным, т. е. таким, оперируя с которым можно осуществить любое действие по решению поставленных в исследовании задач и доведения решения логического и однозначного результата. Указанный список должен быть логически непротиворечивым, иначе создаваемая теория приведет к ошибочным заключениям. Вводимые правила должны быть выполнимы, а результаты их использования однозначными и определенными.

Выделенное множество объектов-терминов теории и правил их преобразования должно допускать проверку практикой или иными надежными методами. При этом выбранная модель должна обеспечивать необходимую точность результатов.

Метод моделиpования в биологии является сpедством, позволяющим устанавливать  все более глубокие и сложные взаимосвязи между биологической теоpией и опытом.

В последнее столетие экспеpиментальный  метод в биологии начал наталкиваться  на опpеделенные гpаницы, и выяснилось, что целый pяд исследований невозможен без моделиpования. Если остановиться на некотоpых пpимеpах огpаничений области пpименения экспеpимента в биологии, то они будут в основном следующими:

а) экспеpименты могут пpоводиться  лишь на ныне существующих объектах (невозможность pаспpостpанения экспеpимента в область  пpошлого);

б) вмешательство в биологические  системы иногда имеет такой хаpактеp, что невозможно установить пpичины появившихся изменений (вследствие вмешательства или по дpугим пpичинам);

в) некотоpые теоpетически возможные  экспеpименты неосуществимы вследствие низкого уpоня pазвития экспеpиментальной техники;

г) большую гpуппу экспеpиментов, связанных с экспеpиментиpованием на человеке, следует отклонить по моpально-этическим сообpажениям.

Но моделиpование находит шиpокое пpименение в области биологии не только из-за того, что может заменить экспеpимент. Оно имеет большое  самостоятельное значение, котоpое выpажается, по мнению pяда автоpов, в целом pяде пpеимуществ:

1. с помощью метода моделиpования на одном комплексе данных можно pазpаботать целый pяд pазличных моделей, по-pазному интеpпpетиpовать исследуемое явление, и выбpать наиболее плодотвоpную из них для теоpетического истолкования.
2. в пpоцессе постpоения модели можно сделать pазличные дополнения к исследуемой гипотезе и получить ее упpощение.
3. в случае сложных математических моделей можно пpименять ЭВМ.
4. откpывается возможность пpоведения модельных экспеpиментов (синтез аминокислот по Миллеpу, модельные экспеpименты на подопытных животных).

Все это ясно показывает, что моделиpование выполняет в биологии самостоятельные  функции и становится все более необходимой ступенью в пpоцессе создания теоpии. Однако моделиpование сохpаняет свое эвpистическое значение только тогда, когда учитываются гpаницы пpименения всякой модели. Особенно выpазительно это показано P.С. Каpпинской на модели минимальной клетки. Эта модель возникла как pезультат познания биохимической универсальности жизни и имеет методологическое значение для моделирования основных ее закономерностей. Минимальная клетка представляет собой модель основной единицы жизни и охватывает лишь мембранную, репродукционную системы и систему снабжения энергией. Таким образом, задача состоит в том, чтобы с ее помощью воспроизвести наиболее общие жизненные структуры.

И хотя при этом остается неучтенным аспект развития, модель минимальной  клетки имеет огромное значение для  доказательства единства органического мира. Однако эта модель не выходит за границы биохимического подхода к жизни, который преимущественно "направлен на доказательство ее стабильных, универсальных и неизменных характкристик". С другой стороны, модель минимальной клетки может быть использована и для разграничения определенных качественных ступеней процесса развития. Она, - как и любая другая модель, имеет свою область применимости и позволяет распознавать и реконструировать определенные закономерности. Тем самым эта модель выполняет существенные функции в процессе разработки теории.

Для более глубокого понимания  значения и сущности моделирования  в биологии следует остановиться на проблемах моделирования в  истории биологической науки.

Моделирование как научный метод  в биологии было впервые описано и сознательно использовано Отто Бючии и Стефаном Ледуком в 1892 году. С точки зрения истории науки интересно, что методы моделирования в биологии стали применяться сознательно лишь тогда, когда благодаря появлению эволюционной теории Дарвина и созданию генетики в развитии биологической теории был сделан крупный скачок, и биология преступила к исследованию все более сложных биотических связей.

Так, например, возникновение популяционной  генетики тесно связано с моделью  Харди и Вейнберга. Глубокое проникновение в объективные связи на макро- и микроуровнях живого, а также переход к изучению надорганизменных систем вынудили исследователей обратиться к методу моделирования. Все изменения, происходящие в естественных популяциях, имеют очень сложную природу из-за взаимодействия многих факторов эволюции, так что только исследование более простых моделей может дать представление о значении отдельных эволюционных факторов.

Существенную роль моделирование  играло и играет в развитии молекулярной биологии. Одним из известных примеров применения методов моделирования является разработка структурной модели ДНК, которую создали на основе ренгеноструктурного анализа и химических исследований, и интерпретировали Уотсон и Крик (1953г.). Эта модель особенно выразительно показывает взаимосвязь между экспериментальными методами и методами моделирования при дальнейшем развитии биологической теории. Вопросы, связанные с дальнейшим применением моделирования в молекулярной биологии широко рассматриваются в работе немецкого исследователя Э. Томаса.

В общенаучном плане очевидно, что  прогресс в технологии эксперимента увеличивает возможности более полного учета взаимодействия, более системного отражения в модели свойств оригинала. Однако реализация этих возможностей предполагает подключение методологического подхода, привносящего в отношение к объекту четко сформулированные вопросы о том, что же понимается под объектом в мире модельных представлений биологии, каковы пути создания этих представлений и их апробации в общебиологическом контексте?

При использовании таких моделей, как синтетические биополимеры  и рекомбинантные молекулы, создаваемые генной инженерией, возникают определенные сложности. Их заведомо искусственный характер четко обозначает функцию моделей, которые используются не только для накопления структурно-функционального знания молекулярного уровня живого, но и для определения конкретных путей изменения наследственности. На постановку исследовательских задач воздействуют и возникающие в генной инженерии социально-этические проблемы, что ведет к объединению методологических и мировоззренческих аспектов научной деятельности. Проблемы экстраполяции знания, столь важные в любом моделировании, оказываются составной частью более широкого круга вопросов, включая вопрос о социальной роли биологии.

Своя специфика процедур моделирования, создания идеального объекта присуща  и таким областям молекулярной биологии, которые имеют депо с традиционными  объектами - дрозофилой, вирусами, фагами, бактериями. Будучи наиболее фундаментальными объектами молекулярной биологии и молекулярной генетики, вирусы и бактерии представляют собой "природные" модели, сочетающие в себе физико-химическую индивидуальность и биологическую специфичность. Относительная простота их организации позволяет испытывать на них весь тот комплекс методов и подходов, взаимодействие которых лежит в основе достигнутых успехов современной биологии.

Вместе с тем отношение к  объекту эксперимента как к модели, т.е. фактическое восприятие его как "предмета" деятельности сосуществует с иным отношением к объектам вышестоящих уровней биологического познания. В отношении любого биологического объекта, как известно, тоже можно говорить о многоуровневости его теоретического воспроизведения. Поэтому взаимосвязь между уровнями теоретического знания осуществляется в пространстве неоднородных объектов. Один из них принадлежит данному уровню, а другие заимствованы либо "снизу", либо "сверху", в зависимости от редукционисткой либо общебиологической ориентации исследователя.

Для дальнейшего обоснования этих утверждений необходимо перейти от отдельных примеров к той составной части научно-исследовательской деятельности, в которой достаточно очевидно "переходное" между философией и биологией отношение к объекту, т.е. включающее в себя элементы и того и другого подходов. Выбор объекта совершается в контексте представлений о реальности. Мир объектов, с которым имеет депо биолог, всегда обобщен в его сознании в некую цельность, которая нетождественна цельности другого исследователя, имеющего иные исследовательские задачи.

Но что такое "реальность" в биологии, есть ли отличия в  понимании этого понятия в  ней и в других науках? Как соотносится "реальность" с предметом биологии, со воем содержанием совокупного биологического знания? Как то или иное понимание "реальности" воздействует на выбор объекта исследования, на определение характера, места, роли теоретического и экспериментального знания? В обсуждении этих вопросов прежде всего важно показать, что понятие "реальность" несет на себе существенную мировоззренческую нагрузку, отражая те глобальные отношения исследователя с освоенным им фрагментом действительности, которые создают его мироощущение как естествоиспытателя, как ученого.

Целостный образ биологической  реальности формируется под влиянием массы факторов объективного и субъективного значения и содержит как инвариантные, так и вариабельные характеристики. Так, наиболее общим инвариантом современных представлений о биологической реальности является идея о необходимости совмещения аспектов организации и эволюции живого. Вариабельность обусловлена отнюдь не только субъективными моментами (профессиональная подготовленность исследователя, его стиль мышления, круг его исследовательских задач), но и неоднозначными связями образа биологической реальности с теорией. С одной стороны, теория (или совокупность теоретических концепций) питает картину биологической реальности, выступает ее фундаментом, предоставляя основные отработанные понятия и логику их связи. Но с другой стороны, целостное видение сущности жизни создает стимул развития эмпирических и теоретических знаний, поскольку включает в себя совокупность идей, еще не ставших принципами теорий, ряд гипотетических предположений о сущности жизни и ее эволюции, полуинтуитивные суждения о возможных путях развития теоретического и эмпирического знания. Общее представление о биологической реальности создает поле творческой деятельности по формированию новых теоретических концепций, сплошь и рядом предшествует выбору теории. Это предшествование обусловлено широким масштабом явлений, охваченных понятием "биологическая реальность", а также наличием в нем не только собственно познавательного, но и мировоззренческого отношения. Будучи более рыхлым, более аморфным образованием, чем какая-либо биологическая теория, целостное видение сущности жизни, выражаемое для исследователя понятием "биологическая реальность", имеет свои достоинства по сравнению с теорией.