Хаос. Создание новой науки - Джеймс Глик

Дарси Томпсон, безусловно, является наиболее уважаемым биологом из всех, кто когда-либо работал в пограничных областях традиционной науки. Революция в биологии XX века, очевидцем которой он был, совсем не затронула его. Отвергая химию и неверно понимая теорию клетки, он не мог предвидеть быстрое развитие генетики. Его работы даже в его время казались чересчур классическими и литературными, слишком прекрасными, чтобы заслуживать доверия ученых. Биологам наших дней нет нужды читать эти книги, но каким-то образом сочинения Томпсона все же приковали к себе внимание крупных ученых. Питер Медавар назвал его книгу «прекраснейшей в истории науки литературной работой, какая только была написана на английском языке»[266]. Стивен Джей Гулд именно там искал подтверждения собственной крепнущей убежденности, что природа взаимоувязывает формы вещей. Кроме Дарси Томпсона, мало кому из современных биологов приходило в голову искать неопровержимое единство живых организмов. Как выразился Гулд, «очень немногих интересовало, можно ли свести все известные объекты к одной системе производящих сил. И лишь некоторые осознали всю важность доказательства единства для научного изучения органических форм»[267].

Приверженец классицизма, полиглот, математик, зоолог Томпсон пытался рассматривать жизнь как целое, в то время как его коллеги в биологии с большой пользой для себя начинали применять методы, заключавшиеся в разъединении организмов на составляющие функциональные части. Редукционизм торжествовал повсюду, от теории эволюции до медицины, и особенно в молекулярной биологии. Как еще постигнуть живую клетку, если не путем изучения ее мембран и ядра, а более всего белков, ферментов, хромосом и пар оснований? Лишь исследовав внутреннее строение пазух, сетчатки, нервов, тканей мозга, биология заинтересовалась формой черепа. Дарси Томпсон не принимал такого подхода. Долгие годы он оставался последним из великих ученых, направивших свою риторическую энергию на последовательное обсуждение феномена причины, особенно различия между конечной и действенной (или физической) причиной. Конечная причина основана на предназначении или замысле: колесо круглое, поскольку именно такая форма делает возможным передвижение. Физическая причина имеет механическую природу: Земля круглая, так как гравитационные силы стягивают вращающуюся жидкость – и та образует сфероид. Однако не всегда различие столь очевидно. Стакан имеет округлую форму не только потому, что благодаря ей он удобно ложится в руку, – стакан естественным образом принимает подобную форму при изготовлении на гончарном круге или выдувании из стекла.

В науке, как правило, превалируют физические причины. Действительно, когда астрономия и физика вышли на свет из тени религии, телеологические аргументы, аргументы «от замысла» (например, «Земля такова, какова она есть, чтобы человечество могло делать то, что делает») были выброшены за ненадобностью. Однако в рамках биологии Дарвин твердо установил, что телеологии принадлежит главная роль при рассмотрении причины. Биологическая вселенная, может, и не создана по замыслу Творца, но облик ее формируется естественным отбором, который действует не на уровне генов или эмбрионов, а на уровне «конечного продукта». Таким образом, объяснение формы организма или функции отдельного органа потребностями адаптации всегда заостряет внимание на причине – именно конечной, а не физической. Везде, где торжествует дарвиновское мышление, понятие «конечной причины» остается в науке. Современный антрополог, размышляя о каннибализме или ритуальных жертвоприношениях, стремится – правильно или нет – задать вопрос об их цели. Дарси Томпсон, знакомый с таким подходом, настоятельно просил биологов помнить также и о физической причине, рассматривая механизм и телеологию в единстве. Он посвятил себя изучению математической и физической природы сил, которые созидают жизнь. Однако адаптационная теория не сдавала позиций, и подобные идеи казались неуместными. Изучение того, как древесный лист в ходе естественного отбора сделался эффективным приемником солнечной энергии, превратилось в разностороннюю и весьма плодотворную проблему. Лишь намного позже некоторые ученые начали задумываться над тем, что осталось неразгаданным: при всем возможном многообразии существует не так уж много форм листьев, а очертания листа отнюдь не предопределены его назначением.

Математика, доступная Дарси Томпсону, не позволяла доказать то, что ему хотелось. Самое большее, что он мог, – это рисовать. Ученый изображал, в частности, черепа родственных видов животных в сетке координат, демонстрируя, что элементарное геометрическое преобразование превращает один объект в другой. Очертания простых организмов, столь обманчиво схожих со струями жидкости, брызгами и другими порождениями водного потока, он объяснял физическими причинами – действием гравитации и поверхностного натяжения, которые, однако, не могли проделать приписываемую им созидательную работу. Почему же тогда Альберт Либхабер, начиная свои опыты с жидкостью, думал о работе Томпсона «О росте и форме»?

Представления Дарси Томпсона о тех силах, которые придают форму живым объектам, ближе чего угодно еще в биологии подводили к рассмотрению динамических систем. Он мыслил жизнь такой, какая она есть: всегда пребывающей в движении, постоянно реагирующей на ритмы – «скрытые в глубине ритмы роста», которые порождают, по его мнению, универсальные формы[268]. Ученый считал, что исследует не материальные формы вещей, а их динамику – «интерпретацию изменения энергии на языке силы»[269]. Томпсон достаточно ориентировался в математике, чтобы понять: каталогизация форм ничего не доказывает. Но также он был в большой степени поэтом, чтобы поверить, что ни случайность, ни цель не объясняют поразительную универсальность форм, выявленных им за долгие годы наблюдения природы. Объяснение скрывалось в физических законах, которые регулируют силы и рост непостижимым для человеческого разума образом. Снова Платон! За конкретными видимыми формами вещества должны лежать некие призрачные очертания, невидимые лекала. Формы в движении.

Либхабер выбрал для своего эксперимента жидкий гелий, имевший чрезвычайно малую вязкость, благодаря чему вращение жидкости начиналось при малейшем толчке. Аналогичный опыт с текучей средой средней вязкости, вроде воды или воздуха, требовал бы гораздо большей емкости. Низкая вязкость позволяла ученому сделать конструкцию более чувствительной к нагреванию. Для инициирования конвекции в ячейке, размеры которой измерялись миллиметрами, между температурами верхней и нижней поверхностей требовалась разница лишь в тысячную долю градуса. Именно поэтому экспериментатор сделал ячейку столь крошечной; в объеме покрупней, где жидкий гелий мог бы вращаться в большем пространстве, аналогичные движения жидкости потребовали бы еще меньшего нагрева. Так, в ячейке, у которой каждая сторона была бы в десять раз больше, то есть в тысячу раз большей по объему (размером с крупную виноградину), конвекция начиналась бы уже при разнице температур в одну миллионную долю градуса. Подобными ничтожнейшими температурными вариациями нельзя было бы управлять.