THE PARADOX OF NATURAL SELECTION

G. Jorland

Centre National de la Recherche Scientifique École des Hautes Études en Sciences Sociales, Paris, France: Gerard. Jorland@ehess. fr

Darwin did not expose his conception of evolution in a one-piece theory. His was already a synthesis: of natural history, of geological records, of Lucas’s hereditary theory and of Malthus model of population check. The first three component parts have evolved with their respective fields as evidenced by the synthetic theory of the 1930s and 1940s. But although social sciences have tremendously changed, the new synthesis retained the Mal- thusian model. Since, intraspecific and even interspecific cooperation rather than compe — tition has been stressed by ethologists and naturalists, evolutionists should take it into account now.

Other non Malthusian phenomena relevant to social sciences seem to play a role in evo — lution. For instance, migration. All organisms have the capacity to migrate, even plants, and so can escape the selective pressure of their immediate environment. As for humans, demographic change seems to account better for gene distribution than any positive selec — tion. Likewise, rules of alliance and kinship observed by anthropologists and ethologists could account for hereditary transmission of genes, thus for evolution, better than any struggle for existence.

This paper then presents what could be called “the paradox of natural selection”. It claims that far from supporting evolution, natural selection gives credit to intelligent design.

Keywords: natural selection, evolution, Cambrian, artificial selection, variability, muta — tion, taxonomy, game theory, competition, cooperation, prisoner’s dilemma, mutualism, parasitism, neutral mutations, mass extinctions.

One of the most debated issue about Darwin these last decades was whether he has been the last natural theologian or, on the opposite, whether he has laicized the main tenet of his mentor, the natural theologian Paley, viz. the notion of adaptation. He had no longer explained fitness by intelligent design but by natural selection. Whatever Dar — win’s credo might be, either of an atheist who refrained from exposing his views because of his wife’s faith (Schweber, 1977), or of a true believer who wanted to make science respectable to his Victorian religious audience (Kohn, 1989), natural selection looks like an intelligent design more often than not.

In the January 2009 issue of Scientific American devoted to Darwin, one can find expressions such as “natural selection screens new genetic variants in a population and reduces the frequency of unfit and increases the frequency of fit variants”; or, “natural selection has unimaginably keen eyes which can detect astonishingly small differences in fitness among genetic types”. If that is not intelligent design, it is at least intentional de — sign, the difference being that whereas the former implies an overarching view, the latter implies only an aim, viz the welfare of the organism.

But look also at the controversy about the Burgess Shale between Simon Conway Morris and Stephen Jay Gould (Conway, Gould, 1998). If we could reverse the evolu- tionary path, for the former self-proclaimed orthodox Darwinian we would be led back to our Cambrian progenitors. Such is the determinism of evolution that, had it not been for us, humans, another creature, maybe the Octopus, would have evolved intelligence

and consciousness and “fill our special place in nature” and become “stewards of all other living things”. For Morris, there is o-spacerun:yes’> which can exclusively account for the inheritability of these variations. “The key, writes Darwin, is man’s power of accumulative selection: nature gives succes — sive variations, man adds them up in certain directions useful to him” (Darwin, 1988, p. 22) The whole Darwinian theory of evolution is given here in a nutshell. It will be refined, defended, instanced in the rest of the book, however nothing substantial will be added. Nature is thus unable to bring about selection, Darwin is pretty straightforward on this point: “Some little effect may, perhaps, be attributed to the direct action of the external conditions of life, and some little to habit; but he would be a bold man [my italics] who would account by such agencies for the differences between a dray — and racehorse, a greyhound and bloodhound, a carrier and tumbler pigeon” (Darwin, 1988, p. 22). For selection to be switched on, an intentional agency is required, which is not, according to Darwin, the species itself but man.

This is true not only of Darwin, it still is nowadays in the celebrated example of natural selection through antibiotics. The use of antibiotics has had as a result not the elimination of bacteria specific to the several human diseases, but the selection of certain strains which were able to resist the antibiotics, at the expense of the other strains which were not. This laboratory experiment is usually presented as an example of how a change in the environment leads to the adaptation of the organism by way of the survival of the fittest if there is no time for mutation. The survival of the fittest as the outcome of natural

selection is the third conceptual piece of the Darwinian theory of evolution. In that case, one cannot say that man had purposely selected one strain of bacteria by suppressing the other, he wanted to suppress all the different strains. However, such is natural variability that his kind of intentional selection could not be exhaustive or complete. In fact, a more detailed study of what happened shows that a strain has not been selected at all, rather bacteria have evolved strategies of resistance to antibiotics which are astounding. For instance, they are able to pump out the molecule which was insinuated in them. So, and we will come back to that point, it is not so much a case for selection, not even intentional by man, than for a game between man and bacteria.

Darwin’s theory of evolution is not a one shot theory, it is already a synthesis. A syn — thesis of natural history, of Lyell’s geology, of Lucas’s hereditary theory and of Malthus principle of population. In natural history, Darwin addressed the fundamental problem of classification to which he thought that his theory of evolution through natural selection could give a general solution: “All the foregoing rules and aids and difficulties in classifica — tion, writes Darwin in the before last chapter of the Origin, are explained, if I do not de — ceive myself, on the view that the natural system is founded on descent with modification; that the characters which naturalists consider as showing true affinity between any two or more species, are those which have been inherited from a common parent, and, in so far, all true classification is genealogical [my italics]; that community of descent is the hidden bond which naturalists have been unconsciously seeking, and not some unknown plan of creation, or the enunciation of general propositions, and the mere putting together and separating objects more or less alike.” (Darwin, 1988, p. 299). The plan of creation is not rejected as such, as an intrusion of natural theology into science, but because it is unknown and thus a mere matter of fact without any explanatory value. That is why it enlists general propositions which are of no ontological import and therefore meaning — less. The evolution by means of natural selection gives a rationale for taxonomy: each node (class, family, genera, species, in Darwin terms) represents a common ancestor from which the whole class, or the whole family, the whole genera, the whole species descend.

Lyell’s geology afforded him the span of time he needed to make plausible evolution through small gradual modifications. Darwin warns imperiously in his chapter on the imperfection of geological record: “He who can read Sir Charles Lyell’s grand work on the Principles of Geology, which the future historian will recognize as having produced a revolution in natural science, yet does not admit how incomprehensibly vast have been the past periods of time, may at once close this volume.” (Darwin, 1988, p. 202). Even if the geological record is too sparse to instance every transitional modification from an ancestor to its descent, this vast span of time makes at least possible for them to happen in succession without saltation.

He needed also a theory of heredity in order to account for evolution as a cumulative process of small variations added one to the other in succession. He found it in “Dr Prosper Lucas’s treatise, in two large volumes” which he mentioned in the opening pages of the Origin as “the fullest and the best on this subject” (Darwin, 1988, p. 10). Prosper Lucas was a physician who built a theory of heredity on two laws, a law of invention and a law of imi — tation, to account first of all for the heredity of diseases, a question much debated about in mid-nineteenth century France. What Darwin found in Lucas’s voluminous treatise was a theory of hereditary transmission not only of the normal anatomy and physiology of the living creatures, but also of their anomalies. Therefore, what could be transmitted was not

only the general features of the common ancestor or progenitor, but also all the modifica — tions that have been selected with the surviving fittest individual.

Last but not least, Darwin needed a mechanism of selection, a mechanism through which certain variations would be selected and passed over whereas others would be left aside without progeny. It is well known that he found it in Malthus principle of population, according to which populatios’> Darwin warns imperiously in his chapter on the imperfection of geological record: “He who can read Sir Charles Lyell’s grand work on the Principles of Geology, which the future historian will recognize as having produced a revolution in natural science, yet does not admit how incomprehensibly vast have been the past periods of time, may at once close this volume.” (Darwin, 1988, p. 202). Even if the geological record is too sparse to instance every transitional modification from an ancestor to its descent, this vast span of time makes at least possible for them to happen in succession without saltation.

He needed also a theory of heredity in order to account for evolution as a cumulative process of small variations added one to the other in succession. He found it in “Dr Prosper Lucas’s treatise, in two large volumes” which he mentioned in the opening pages of the Origin as “the fullest and the best on this subject” (Darwin, 1988, p. 10). Prosper Lucas was a physician who built a theory of heredity on two laws, a law of invention and a law of imi — tation, to account first of all for the heredity of diseases, a question much debated about in mid-nineteenth century France. What Darwin found in Lucas’s voluminous treatise was a theory of hereditary transmission not only of the normal anatomy and physiology of the living creatures, but also of their anomalies. Therefore, what could be transmitted was not

only the general features of the common ancestor or progenitor, but also all the modifica — tions that have been selected with the surviving fittest individual.

Last but not least, Darwin needed a mechanism of selection, a mechanism through which certain variations would be selected and passed over whereas others would be left aside without progeny. It is well known that he found it in Malthus principle of population, according to which population increasing at a geometrical rate is checked by food availability which increases only at an arithmetical rate. In other words, a pop — ulation always exceeds its means of subsistence. “In plants and irrational animals, write Malthus in the first chapter of his Essay, the view of the subject is simple. They are all impelled by a powerful instinct to the increase of their species; and this instinct is in — terrupted by no doubts about providing for their offspring. Wherever therefore there is liberty, the power of increase is exerted; and the superabundant effects are repressed afterwards by want of room and nourishment”. (Malthus, 1807). But Malthus does not say who is going to survive. The expression “struggle for life” is nowhere to be found in his Essay. If the poor dies from hunger or disease more often than the rich, it is not so much because he is less adapted or because the rich is fitter than him, it is because of his higher fertility. It is Darwin himself who derived from the Malthusian principle of pop — ulation the idea of a struggle between individuals of the same species or between species to provide food for themselves and their progenies. The chapter on natural selection comes right after the chapter on struggle for existence which Darwin concludes thus: “ […] each organic being is striving to increase at a geometrical ratio; […] each at some period of its life, during some season of the year, during each generation or at intervals, has to struggle for life, and to suffer great destruction. When we reflect in this struggle, we may console ourselves with the full belief, that […] the vigorous, the healthy, and the happy survive and multiply.” (Darwin, 1988, p. 58).

Now, the first three component parts have evolved with their respective fields as evi — denced by the synthetic theory of the 1930s and 1940s: Dobzhansky’s genetics, Mayr’s systematics, and Simpson’s paleontology. To Lucas rudimentary theory of heredity, Dob- zhansky substituted a Mendelian genetics based theory. To the traditional morphology based taxonomy, Mayr substituted one which included ecological, migratory, geographi — cal, and pairing features. To take full account of the fossil record, Simpson substituted to the one level evolutionary path a hierarchical set: branching and anastomosis at the species level, linear trend at the genera level, and quantum jump at the family level.

But although social sciences have tremendously changed, the new synthesis retained the Malthusian model of population check as its mechanism of selection. Since the eigh- teenth century, other models of relationships between agents competing for rare resources have been devised. One can mention game theoretic models since the Second World War. And indeed, when they have been imported into evolution theory, they led to completely different mechanisms of selection. Instead of competition, Axelrod and Hamilton have shown that cooperation could be a winning strategy, even in terms of fitness measured by survival and fecundity rates. At the standard prisoner’s dilemma, it has been shown that a strategy as simple as tit for tat — cooperating on the first move and then strictly imitating the other player — “a strategy of cooperation based on reciprocity” (Axelrod, Hamilton, 1982, p. 214) was altogether robust — it thrives whatever the set of available strategies, — stable — it can resist the introduction of another strategy —, and shows initial viability — it can get started even in a competitive environment.

This game has been meaningfully applied to explaining the switch from mutualism to parasitism. For instance, “if a fig wasp entering a young fig does not pollinate enough flowers for seeds and instead lay eggs in almost all, the tree cuts off the developing fig at an early stage” (Axelrod, Hamilton, 1982, p. 219) and the wasp’s progeny is lost. The wasp has no choice but mutualism, parasitism is excluded. Another instance is “bacteria that are normal and seemingly harmless or even beneficial in the gut [and] can be found contributing to sepsis in the body when the gut is perforated.” (Axelrod, Hamilton, 1982, p. 221). Whereas in the former case, mutualism excludes parasitism, in the latter relaxed mutualism switches to parasitism.

Intraspecific and even interspecific cooperation rather than competition has been stressed by ethologists. Other non Malthusian phenomena relevant to social sciences seems to play a role in evolution. As for humans, demogrrrestrial vertebrates. Since six limbs would work as well as four, tetrapodity might seem non adaptive, a mere product of chance events. But terrestrial vertebrates developed their limbs from the two pairs of fins of lobe-fins fishes. These pairs of fins were both adapted to swimming and preadapted for crawling. So the synthetic theorist concludes that “the groundplan was adaptive in its original state and lent itself to modification along adaptive lines in subsequent phyletic stages.” (Grant, 1983, p. 155). However, one can say likewise that if insects originated from crustaceans, the brachial lobes of the latter were adapted to breathe in water and preadapted to fly over the soil. But from the marine ancestor to the terrestrial progeny, what is the role of natural selection? Was is not, on the opposite, because lobe-fins as well as brachial lobes were preadapted to another function that they were doomed to serve to other animal forms? Just as wings as adapted to thermoregulation were preadapted to

flight to which they became adapted when they grown large enough. And they did grow large enough not because of selection pressure, but merely because of the increase of body size (Kingslover, 1985).

The last instance of a non conclusive case for natural selection is the favorite of Dar — winian phylogeny, the horse phylogeny, since its most complete fossil record offer many transitional forms. Now, one of the basic feature of the evolution of the genus equus is the switch from browsing to grazing during the Miocene (24-5.3 My). This switch has brought about thorough morphological changes (in the face, the dentition, the feet, the brain). It has been accounted for, in terms of natural selection, by a change in the envi — ronment, most likely climatic, which has resulted in the extension of grassland at the expense of forest cover. The horses had to adapt to this change and so they did. Or, in less neolamarckian words, this change in the environment has led to the selection of the fittest variants of the genus equus (MacFadden, 1988; Jacobs, 1999). However, one could as well claim that it is the horse which has modified his environment in such a way that grassland extended because of overexploitation of forest cover. And that among the different spe — cies of horses, those provided with best molars could benefit from the new environment. They did not have to adapt since they were adapted beforehand. Or one could contend that the grass developed a higher silicate content in order to defend itself against the horse and has not so much selected one species than extincted all other species but equus, thus alleviating the burden of their predation. One should not, as Darwinian selectionists tend to do, take mere correlations for true causality.

Natural selection is effective provided that the organism cannot escape from his environment. That is the case with island populations and so it is not surprising that it is the favorite situation of Darwinians. Otherwise, the organism can escape the environmental determinism in three ways. First, he can migrate. All organisms have the capacity to migrate, even plants, and so can escape the selective pressure of their immediate environment. Because of global warning, we start seeing southern plants migrating north. There was a time where elephants were roaring Siberia. When the climate changed, they neither adapted nor perished, they simply migrated towards the south. And if Mammoth got extinct, it was part of the great extinction of the late Pleistocene whose cause remains unknown, and not because of any kind of negative natural selection.

The second way of relaxing the environmental determinism is through its transfor — mation. Here also, all organisms transform their environments. Men do, but they are not the only ones to do so. For instance, entomologists have described the impact of ants on the environment. They turn over the soil quite as effectively as earthworms. The work — ers of a colony can move over from more than half a ton to ten ton of earth per hectare per year. Through bringing inside their nests all sorts of vegetal wastes, they change the chemical properties of the soil: the surroundings of a nest are richer in minerals like po — tassium, nitrogen or phosphorus and organic components. They alter also the fauna and the flora of their environment: they disseminate the seeds, clean the forests and check the proliferation of certain species of insects. They even challenge the extension of agricul — tural fields, their nests reducing the arable superficies, damaging agricultural machinery, destroying electrical equipments and irrigation systems (Keller, 2006).

The third way is sporulation. Certain species of microorganisms have the ability, when the environment becomes uncomfortable, to encapsulate their DNA and wait for better times as long as necessary. In that case, there is no variation upon which

the environment can effectuate its selection. Whereas the environment is changing, the organism perpetuates itself and preserves its integrity. Such is the case, for in — stance, of the germ of anthrax.

The problem with the theory of evolution by natural selection is that Darwin provid — ed us with a theory before we had all the data concerning evolution. And so Darwinians try to fit them perforce within the Darwinian framework. But some of the most important phenomena of the evolution of living forms resist such an incorporation, for instance the apparition during the Cambrian of all the living groundplans, or the vast majority of neu — tral mutations, or the five mass extinctions of living forms.

Darwinian theory of evolution through natural selection is not predictive, neither forward not even backwards, and therefore it is not falsifiable. Although Darwin stated on the Origin: “If numerous species, belonging to the same genera or families, have really started into life at once, the fact would be fatal to the theory of evolution through natural selection” (Darwin, 1988, p. 216). Again: “[…] whole groups of species sometimes falsely appear to have been abruptly developed […] this fact […] if true would be fatal to my theory” (Darwin, 1988, p. 226). And yet the Cambrian proliferation of life forms did not have this fateful consequence. Would it not be an indication that darwinism is rather one of the three ideologies which throve during the past century, together with psychoanaly — sis and marxism?

References

Axelrod R., Hamilton W. D. “The evolution of cooperation” // Evolution now. A century after

Darwin / ed. by J. M. Smith. Oxford : Nature, 1982. P. 209–223.

Conway M. S., Gould S. J. Showdown on the Burgess Shale // Natural History Magazine. 1998.

Vol. 107. № 10. P. 48–55.

Darwin Сh. On the Origin of Species // The Works of Charles Darwin. N. Y. : New York University

Press, 1988. Vol. 15.

Dobzhansky Th. Genetics and the Origin of Species. N. Y. : Columbia University Press, 1982. XLI,

364 p.

Grant V. The Synthetic Theory Strikes Back // Biologisches Zentralblatt. 1983. Bd. 102. H. 2.

S. 149–158.

Jacobs B. F. et al. The Origin of Grass-Dominated Ecosystems // Annals of the Missouri Botanical

Garden. 1999. Vol. 86. P. 590–643.

Keller L., Gordon E. La vie des fourmis. P. : Odile Jacob, 2006. 303 S.

Kingsolver J. G. et al. Aerodynamics, thermoregulation, and the evolution of insects wings: differential scaling and evolutionary change // Evolution. 1985. Vol. 39. № 3. P. 488–504.

Kohn D. Darwin’s Ambiguity: the Secularization of Biological Meaning // British Journal of the

History of Science. 1989. Vol. 22. P. 215–239.

MacFadden B. J. Horses, the Fossil Record and Evolution. A Current Perspective // Evolutionary

Biology. 1988. Vol. 22. P. 131–158.

Malthus Th. R. An Essay on the Principle of Population. 4th ed. L. : J. Johnson, 1807. Vol. 1. XVI,

580 S. Vol. 2.

Schweber S. S. The origin of the Origin, revisited // Journal of the History of Biology. 1977. Vol. 10.

№ 2. P. 229–316.

Todes D. P. Malthusian Metaphor and Russian Evolutionary Thought, 1859–1917 // Isis. 1987.

Vol. 78. № 4. P. 537–551.

Парадокс естественного отбора

Ж. Й орланд

Высшая школа Социальных наук Национальный Центр научных исследований Париж, Франция: Gerard. Jorland@ehess. fr

Дарвиновская концепция развития не была единой. Его теория представляла собой синтез естествознания, геологии, наследственной теории Лукаса и модели популяци — онного отбора Мальтуса. Первые три составных части развились в соответствующих областях науки и проявились синтетической теорией эволюции в 1930-х и 1940-х гг. XX в. Хотя общественные науки к тому моменту чрезвычайно изменились, в них но — вый синтез сохранил модель Мальтуса. Сегодня этологи и натуралисты указывают не только на конкуренцию, но и на внутривидовое и межвидовое сотрудничество, и эволюционисты понимают его значение. Другие немальтузианские явления имеют значение для эволюции, к примеру, миграции. Все организмы могут мигрировать и таким образом избежать давления отбора в непосредственно окружающей их среде. Что касается человека, то законы союза и родства, наблюдаемые антропологами и этологами, могут определять наследственную передачу генов не в меньшей степени, чем борьба за существование. Автор статьи рассуждает о том, что можно назвать “па — радоксом естественного отбора”. Он показывает, что далекий от поддержки эволю — ции естественный отбор все же «дает кредит» разумному творению.

Ключевые слова: естественный отбор, эволюция, кембрийский период, искусствен — ный отбор, изменчивость, наследственность, мутация, таксономия, теория игры, конкуренция, сотрудничество, дилемма заключенного, мутуализм, паразитизм, ней- тральные мутации, массовые исчезновения.

ПРОБЛЕМА СОЗНАНИЯ С ПОЗИЦИЙ ЭВОЛЮЦИОНИЗМА

Е. Н. Гнатик

Российский университет дружбы народов

Москва, Россия: ekaterinagnatik@rambler. ru

Спектр вопросов биологического эволюционизма включает в себя изучение фе — номена сознания и поведения. Согласно данным эволюционной геномики, в про — цессе антропогенеза довольно значительной селекции были подвергнуты гены, контролирующие поведение. Поведенческая реакция практически всегда является первой попыткой адаптации организма к изменившимся условиям среды. Важней — шими направлениями на пути к постижению феномена мозга являются когнитивно — информационное и эволюционно-генетическое. С позиций первого подхода мыш — ление, память, сознание являются не свойствами отдельных элементов мозга, а возникают как эмерджентное свойство нейронных сетей. В рамках эволюционно — генетического подхода роль генетических факторов в формировании центральной нервной системы изучается на клеточном, морфофункциональном и системном уровнях. Данные исследования, как предполагается, должны обеспечить прорыв на пути познания церебральных процессов.

Ключевые слова: сознание, поведение, эволюционная геномика, мозгоспецифические гены, когнитивно-информационный подход, эволюционно-генетический подход

Прежде всего, хотелось бы отметить, что и полтора века спустя не перестает поражать воображение «детонирующая функция» теории Дарвина, широта воз — действия ее идей на смежные и более отдаленные научные дисциплины, а также на мировоззрение в целом. Спектр вопросов биологического эволюционизма включает в себя изучение феномена сознания и поведения. Мозг стал объектом внимания ев — ропейских исследователей со времен античности, когда вопрос о местонахождении

«седалища души» (сердце или мозг?) был решен в пользу последнего. В своих рабо — тах «Происхождение человека» (1871) и «Выражение эмоций у людей и животных» (1872) возникновение познавательных способностей людей, их самосознания, по — ведения, морали и т. п. Дарвин связывает с механизмами естественного отбора, про- цессами воспроизводства и выживания. Дарвиновские представления о феномене человеческого сознания и его происхождении с позиции теории биологической эво — люции были восприняты и развиты многими выдающимися учеными XIX и ХХ вв.

Изучение связей между биологическими (нейрофизиологическими и др.) и социально-культурными факторами психики и поведения человека настолько сложно и многопланово, что и сегодня по-прежнему возглавляет перечень самых трудноразрешимых актуальных проблем. Несмотря на интенсивное развитие науки и технологий, мы в настоящее время еще непростительно мало знаем о сущности процессов, происходящих в нашем головном мозге. Увы, маловероятно, чтобы эта задача была решена в том смысле, который вкладывают, например, математики в понятие «решение»: вряд ли представится возможность создать систему уравнений работы мозга. Биологические системы вообще, и мозг человека в частности и в осо — бенности, не обладают свойствами однородности, линейности, и обычные матема — тические приемы анализа имеют в данном случае весьма ограниченную ценность. Известно, что связи между элементами мозга не подчиняются закону случайного

распределения: они определенным образом организованы. Подсчитано, что коли — чество возможных перестановок и комбинаций мозговой активности или число состояний мозга превосходит количество элементарных частиц во Вселенной. Изу — чение мозга требует комплексного междисциплинарного исследования, основываю- щегося на синтезе данных нейрофизиологии и теории самоорганизации, биохимии и психологии, цитологии и многих других.

В настоящее время большие надежды в изучении функционирования мозга, ме — ханизмов человеческого мышления и поведения возлагаются на генетику. Будущее покажет, насколько эти надежды оправданы. Дебаты о доминировании либо при — родного, либо приобретенного остались в прошлом и теперь представляют лишь исторический интерес. Специалисты пришли к выводу, что функционированием нейронов управляют и генетические, и внешние факторы. Однако число этих фак — торов столь велико, что создает объективные и весьма серьезные препятствия для проведения коррелятов между свойствами нервной системы и «надбиологически — ми» свойствами человека (Киселев, 2003). Понимание закономерностей работы мозга, формирования психологических черт сталкивается и со сложностями иного порядка. Сравнение функционирования мозга, этого удивительного и невероятно сложного устройства, с реализацией только лишь серии химических реакций, детер — минированных генами, выглядит в глазах многих неоправданным редукционизмом. Однако на сегодняшний день науке не известны иные медиаторы, воздействующие на поведение, кроме нейронов и гормонов. Вместе с тем, нельзя исключить, что за — коны физики и химии, служащие основой интерпретации функций человеческого организма, могут оказаться непригодными при изучении психической деятельно — сти, которая, возможно, требует применения иных, более тонких методов анализа. В связи с этим, как отмечают исследователи, «если мы не постулируем существо — вание каких-то феноменов помимо физико-химических (например, чего-нибудь подобного „абстрактному разуму“ или „душе“), то нам придется довольствоваться поиском ответов на вопросы, касающиеся высших форм человеческого поведения в пределах физической и химической его регуляции» (Азимов, 2005, с. 442).

Согласно данным эволюционной геномики, поведение является одним из важ — нейших факторов эволюционного процесса. Непрерывно пополняемые эмпири — ческие данные подтверждают, что наиболее важные участки генома относительно мало изменяются в процессе эволюции, и их функции, установленные в экспери — ментах на животных, оказываются во многом идентичными у человека. Сравни — тельный анализ геномов животных и человека продемонстрировал, что эволюция, возможно, была сопряжена с «разбиением» генома на отдельные функционально значимые фрагменты: на единицу длины ДНК приходится все меньше информации о структуре белков и РНК (экзоны) и возникает все больше участков, не имеющих пока ясного функционального значения (интроны). Одна из тенденций эволюции человека заключается в увеличении количества интронов в процессе развития (Тарантул, 2003, с. 277). Результаты исследований позволяют предположить, что природа совершенствовала млекопитающих не столько посредством расширения многообразия их геномов, сколько путем постепенного копирования, модификации и рекомбинации уже существующих генов, а также путем изменения регуляции экс — прессии генов.

На сегодняшний день имеются сведения, указывающие на то, что важнейшую роль в становлении современного человека сыграла эволюция мозгоспецифических

генов, и в частности генов, ответственных за увеличение объема мозга. По мнению американского нейробиолога, лауреата (1972) Нобелевской премии по физиологии и медицине Д. М. Эдельмана, характерным принципом биологии является вырожде — ние, что особенно важно для работы мозга. «Вырожденной» исследователь называет

«систему, в которой неизоморфные структуры выполняют одинаковые функции» (Харгиттаи, 2006, с. 194). Эдельман полагает, что «биологические системы по при — роде своей являются вырожденными системами, ведь эволюция не может вернуть — ся к своему началу». Рассуждает он так: «Большинство мутаций вредны. По своей природе они случайны или почти случайны, а поэтому как можно не дать им выве — сти организм из строя? Ответ таков: на каждом уровне организации биологических систем встречается вырождение как результат сложного устройства этих систем» (Харгиттаи, 2006, с. 194–195).

Объем мозга от предков-австралопитеков до современного человека возрос с

350 см3 до 1400–1500 см3 (Трут, 2008, с. 14). Однако, судя по всему, гораздо более

важным (во всяком случае в эволюционном смысле) является параметр отношения

массы мозга к массе тела — так сказать, представление о том, «каким весом тела

управляет единица веса мозга». Человек в этом отношении попал точно в золотую

середину. Любое животное, мозг которого весит больше, имеет настолько большое

тело, что его интеллект не может сравниться с человеческим. Напротив, животные,

у которых соотношение мозг/тело больше нашего, обладают таким маленьким моз-гом, что он не способен обеспечить их интеллектом, сравнимым с интеллектом че-ловека (Азимов, 2005, с. 217). Исследователи (Шанже, 1999) отмечают и другую

особенность, характерную только для вида Homo sapiens — исключительно длитель-ный период развития мозга после рождения: с момента рождения до достижения

зрелости объем мозга человека возрастает в 4,3 раза (у шимпанзе — лишь в 1,6 раза).

Около 90 % синапсов, имеющихся у взрослого человека, формируются уже после

рождения. Соответственно, организация мозга взрослого человека значительным

образом зависит от социальных и культурных обстоятельств его развития в детском

возрасте.

Генетики считают, что антропогенез сопровождался феноменами «замолкания»

некоторых генов, функционирующих у гоминидов, и «включения» инактивирован-ных, что способствовало движению по пути дальнейшего прогресса. Так, согласно

современным данным, после разделения ветвей эволюции шимпанзе и человека в

ткани мозга человека осуществились более значительные изменения генетической

экспрессии, чем у обезьян (J. Gu, X. Gu, 2003, p. 63–65; Evans, Anderson et al., 2004,

p. 1139–1145). Например, в литературе имеются сведения относительно возможного

косвенного вовлечения в контроль размеров мозга гена, так называемого гена тяже-лой цепи миозина 16 (Stedman et al., 2004, p. 415–418). Было показано, что данный

ген, экспрессирующийся в лицевой мускулатуре, инактивировался у Homo erectus

около 2,5 млн лет назад, когда произошло разделение эволюционных линий чело-века и шимпанзе. Специалисты указывают, что инактивация этого гена ослабила

мускулы челюсти, что сняло анатомические ограничения на верхний размер мозга

(Горлов, Горлова, 2007, с. 366).

Результаты современных исследований свидетельствуют о том, что в процессе

человеческой эволюции довольно значительной селекции были подвергнуты гены,

контролирующие поведение. Безусловно, по мере того, как ученые продвигаются

по филогенетической лестнице, сложности в изучении поведенческого фенотипа

нарастают: генетическая запрограммированность человеческого мозга выражена слабее, чем у животных, в силу чего поведение людей намного пластичнее. Тем не менее это не исключает того, что «определенные аспекты поведения человека мо — гут быть генетически запрограммированы в результате действия механизмов есте- ственного отбора» (Меркулов, 1999, с. 44–45). Имеющиеся сведения подтверждают, что «психика возникла в результате усовершенствования и усложнения поведения как формы активной адаптации к среде под давлением естественного отбора» (Лео — нович, 1984, с. 235). Поведенческая реакция практически всегда является первой попыткой адаптации организма к изменившимся условиям среды. Например, суще — ствуют исследования, указывающие на то, что в ходе антропогенеза были подвер — жены отбору такие признаки, как поиск новых ощущений (о чем свидетельствует селекция гена DRD4 (Ding et al., 2002) и проявление агрессивности и импульсив- ности (изменения в гене МАО-А) (Gilad et al., 2002).

Исследования функций генетического аппарата нейрона и нервной системы в целом, по сути, еще находятся на начальной стадии, и специалистам лишь пред — стоит выяснить, каким образом функционирование нейронов влияет на наши эмоции, мысли, настроения, чувства, то есть на все богатство и разнообразие чело — веческой психики. На пути к постижению феномена мозга прослеживаются различ — ные направления. Важнейшими из них являются когнитивно-информационный и эволюционно-генетический подходы. С позиций когнитивно-информационного подхода ментальные события рассматривают в их тесной связи с нейрофизиоло — гическими, «не только как проявления электрической и химической активности нейронов, их сложного взаимодействия, но и как результат восприятия, структури — рования и обработки человеческим мозгом когнитивной информации» (Меркулов,

1999, с. 43). Согласно этим моделям, мышление, память, сознание являются не свой — ствами отдельных элементов мозга, а возникают как эмерджентное свойство ней — ронных сетей (Artigiani, 1996). Плодотворными являются методы (в нашей стране применяемые, в частности, коллективом исследователей Института мозга человека РАН), сочетающие в себе использование возможностей электроэнцефалографии, позитронно-эмиссионной томографии, однофотонно-эмиссионной томографии и функциональной магниторезонансной томографии (Бехтерева, 2007, с. 208.). Для раскрытия физиологической сущности мозговой нейродинамики исследователи используют возможности различных инвазивных и неинвазивных техник. При — менение этих методов дает возможность на компьютерном мониторе наблюдать за активностью определенных зон мозга при выполнении испытуемым той или иной когнитивной задачи. Данное направление является весьма перспективным, позво — ляющим не только эмпирически изучать отдельные способы функционирования познавательной системы, но и также «позволяет с новых позиций взглянуть на био — логическую эволюцию человека, на взаимоотношение генов, мышления и культуры, анализировать культуру как особого рода информационную систему, включающую в себя знания, верования и т. д.» (Меркулов, 1999, с. 44). Возможно, новая аппарату- ра, новые методики и компьютерные технологии, визуализирующие нервные про — цессы, определенным образом изменят восприятие человеческого разума и в целом понимание человека. В настоящее время различные человеческие эмоции, процессы принятия решений и различные поступки могут рассматриваться как корреляты по — ведения огромной массы нервных клеток и соответствующих молекул (Crick, 1994, s. 10). Причем, на этом основании представляется возможным формулирование

неких выводов, например о личности испытуемого. Насколько это правомерно —

покажет будущее.

Дальнейшее изучение процессов мышления, полиметодическое изучение ор-ганизации и функционирования мозга, механизмов обеспечения эмоций и т. д. на

основе новых технологий, в том числе и генетических, должно способствовать по-лучению ответа на вопрос о существовании мозгового кода мышления (или от-сутствии такового). Исследователь физиологии мозга академик Н. П. Бехтерева,

предполагая возможность получения в будущем доказательств отрицания нали-чия мозгового кода, указывала на необходимость в этом случае пересмотра важ-нейших современных научных позиций. Перечисляя вопросы, требующие ответа

в случае утверждения идеальных представлений о мышлении, Бехтерева (Бехте-рева, 2007, с. 77) акцентировала внимание на следующих вопросах: «Если ничто в

мозгу не связано именно с тончайшей структурой нашего „думания“, тогда какова

в этом „думании“ роль мозга? Только ли это роль „территории“ для каких-то дру-гих, не подчиняющихся мозговым закономерностям, процессов? И в чем их связь

с мозгом, какова их зависимость от мозгового субстрата и его состояния?».

В рамках эволюционно-генетического подхода к изучению проблем развития и

функционирования мозга роль генетических факторов в формировании централь-ной нервной системы изучается на клеточном, морфофункциональном и системном

уровнях. С начала 90-х гг. ХХ в. происходит составление всеобъемлющего каталога

генов, активных в мозге человека. Собран огромный материал, который, как пред-полагается, должен обеспечить прорыв в решении стратегической сверхзадачи — по-знания церебральных процессов. Биологическая наука предоставляет эксперимен-тальные доказательства того, что наследственный полиморфизм мозга может быть

связан с индивидуальными особенностями психики и поведения. Исследователи

констатируют: «Гены оказывают влияние на поведение, реализуя свое влияние

в процессе индивидуального развития. Они ответа на вопрос о существовании мозгового кода мышления (или от-сутствии такового). Исследователь физиологии мозга академик Н. П. Бехтерева,

предполагая возможность получения в будущем доказательств отрицания нали-чия мозгового кода, указывала на необходимость в этом случае пересмотра важ-нейших современных научных позиций. Перечисляя вопросы, требующие ответа

в случае утверждения идеальных представлений о мышлении, Бехтерева (Бехте-рева, 2007, с. 77) акцентировала внимание на следующих вопросах: «Если ничто в

мозгу не связано именно с тончайшей структурой нашего „думания“, тогда какова

в этом „думании“ роль мозга? Только ли это роль „территории“ для каких-то дру-гих, не подчиняющихся мозговым закономерностям, процессов? И в чем их связь

с мозгом, какова их зависимость от мозгового субстрата и его состояния?».

В рамках эволюционно-генетического подхода к изучению проблем развития и

функционирования мозга роль генетических факторов в формировании централь-ной нервной системы изучается на клеточном, морфофункциональном и системном

уровнях. С начала 90-х гг. ХХ в. происходит составление всеобъемлющего каталога

генов, активных в мозге человека. Собран огромный материал, который, как пред-полагается, должен обеспечить прорыв в решении стратегической сверхзадачи — по-знания церебральных процессов. Биологическая наука предоставляет эксперимен-тальные доказательства того, что наследственный полиморфизм мозга может быть

связан с индивидуальными особенностями психики и поведения. Исследователи

констатируют: «Гены оказывают влияние на поведение, реализуя свое влияние

в процессе индивидуального развития. Они создают специфическую организацию

мозга, выстраивают нейронные ансамбли, формируют межнейронные отношения и

синаптические контакты. Сложившаяся в онтогенезе морфофункциональная систе-ма как бы подготовлена к осуществлению поведенческих актов таким, а не иным

способом. Гены, следовательно, детерминируют не поведение как таковое, а спец-ифическую организацию мозга, которая и определяет специфику поведения. При

осуществлении поведенческого акта не происходит активации специфических ге-нов. Генетическая активность необходима лишь для восполнения запасов белков,

которые утрачиваются при функционировании клеток» (Атраментова, Филипцова,

2007, с. 126). В частности, есть подтверждения того, что генетически обусловленны-ми являются такие аспекты проявления психики, как возбуждение и торможение,

то есть специфика нейродинамических процессов в мозге и темперамент.

К настоящему времени накоплено большое количество эмпирического мате-риала, однако наблюдается острый дефицит теоретических обобщений. Одной из

попыток преодолеть создавшуюся ситуацию является теория «нейронного» дар-винизма, предложенная Д. М. Эдельманом. В основу этой гипотезы заложены три

принципа. Первый заключается в том, что «формирование мозга в условиях су-ществования какого-то генетического ограничения не может протекать одинаково

у двух разных индивидов. В формировании создается разнородность. Это проис-ходит благодаря отбору разных нейронных цепей и называется отбором развития»

(Харгиттаи, 2006, с. 196). Второй принцип гласит, что «на определенной стадии

процесса перекрывание изменяет не только структуру, но и эффективность дей — ствия синапсов, способствуя, таким образом, некому регулированию движения. И это называется эмпирическим отбором. Он не может происходить одинаково у двух индивидов» (Харгиттаи, 2006, с. 197). Третий принцип постулирует наличие в мозге усложненной обратной связи: «Мозговые системы не инструктивны, как схемы обратной связи; они отображают карты и коррелируют химические процес — сы посредством пространственно-временного координирования карт для образова — ния новых карт» (Харгиттаи, 2006, с. 197).

Выявление «нервного субстрата» различных форм поведения, поиск механизма взаимодействия наследственного и средового, обеспечивающего, с одной стороны, — специфику, а с другой — их взаимосвязь в развитии и поведении человека, — одна из самых амбициозных задач биологии. Стратегической целью здесь является разра- ботка целостного представления о психическом развитии человека, раскрывающего коммуникацию и корреляцию между различными уровнями его организации. Важ — ным этапом должны стать исследования влияния нейрофизиологического уровня на психодинамические качества, а также воздействие психодинамических качеств на содержательные характеристики психических качеств человека.

Исследование выполнено при финансовой поддержке Российского гуманитар — ного научного фонда (грант № 08-03-00224а).

Литература

Азимов А. Человеческий мозг. От аксона до нейрона. М. : ЗАО Центрполиграф, 2005. 461 с.

Атраментова Л. А., Филипцова О. В. Введение в психогенетику. М. : Флинта, МПСИ, 2007.

472 с.

Бехтерева Н. П. Магия мозга и лабиринты жизни. М.: АСТ ; СПб. : Сова, 2007. 383 с.

Горлов И. П., Горлова О. Ю. Движущий отбор в ходе эволюции человека // Вестник ВОГиС.

2007. Т. 11. № 2. С. 363–372.

Киселев Л. Л. От редукционизма к интегратизму // Человек. 2003. № 4. С. 6–11.

Леонович В. Поведение человека как общий объект исследования социогуманитарных наук и этологии // Пути интеграции биологического и социогуманитарного знания / отв. ред. Р. С. Карпинская. М. : Наука, 1984. 240 с.

Меркулов И. П. Когнитивная эволюция. М. : Российская политическая энциклопедия, 1999.

310 с.

Тарантул В. З. Геном человека: Энциклопедия, написанная четырьмя H., Kozyak B. W., Nelson A. et al. Myosingene mutation correlates with anatomical

changes in the human lineage // Nature. 2004. Vol. 428. P. 415–418.

The Problem of the Consciousness in the Context of Evolutionism

E. N. Gnatik

People’s Friendship Univeristy of Russia

Moscow, Russia: ekaterinagnatik@rambler. ru

Variety of the biological evolutionism’s field includes the researches of the phenomenon of consciousness and behavior. According to the evolutionary genomics’ facts, during the anthropogenic process the behavior-controlling genes were put to the wide selection. Behavioral response is the first effort of the organism’s adaptation to the changed environ — ments conditions. The most important directions on the brain-comprehension phenom — enon’s way are the cognitive-informational and the evolutionary-genetic ones. In the con- text of the first approach, the intellection and the consciousness aren’t the features of the separated brain’s elements, but they appear as like emergent property of the neuronal network. Within the constraints of the evolutionary-genetic approach, the role of the genetic factors in the Central nervous system’s formation is considered on the cellular, morphofunctional and systemic rates. These researches should assure the breakthrough on the way of the encephalic processes’ learning.

Keywords: consciousness, behavior, evolutionary genomics, brain-specific genes, cogni — tive-informational approach, evolutionary-genetic approach.

Материал взят из: Чарльз Дарвин и современная биология. Труды Международной научной конференции (21–23 сентября 2009 г., Санкт — Петербург)