Беда! Обогнал меня меньшой Балда!

[xaxam]

De Impossibilitate Vitae

Будучи полным профаном в биологии, тем не менее я время от времени слушаю рассказы биологов о том, чем они занимаются. Конечно, девять десятых слов, которые они используют, я не понимаю, что делает это занятие маловысокоосмысленным. Тем не менее что-то просачивается через плотину невежества, и это немногое поражает.

Я вообще не понимаю, как можно в принципе понять что-то в современной биологии.

Вот есть такая червулечка длиной 1 мм, живущая в почве. Называется она Caenorhabditis elegans, человеческого имени у неё нет по причине мелкости, родовое название непроизносимо, и все просто называют её "си-элеганс".

Про неё известно всё. Не в том смысле, в каком вам может быть известно всё о вашей собаке, скажем, или о близком родственнике. Всё - значит, всё. Расшифрован весь её геном. Более того, запротоколирован весь жизненный цикл элегансов: начиная с первоначальной клетки, описаны все процессы деления до тех пор, пока элеганса не вырастет. Элеганец-самец всегда вырастает до 1031 клетки, элеганка-девушка - до 959 клеток, ни одной больше, ни одной меньше (там ещё и гермафродитизм присутствует, всё сложно). Дифференциация всех клеток, включая образование внутренних органов, спермопроизводство и т.д. известны полностью, все 2-3 недели жизни элегансов анатомически расписаны примерно так же точно, как расписание телепрограмм на неделю в СССР.  Что отличает программу короткой жизни элегансов от программы советского ТВ - предсказуемость. "Лебединое озеро" предсказать было нельзя, а момент, когда та или иная клетка получает приказ помереть, - известен и генетически предопределён. В общем, никакой Большой Брат и рядом не стоял с наблюдательными биологами.

Понимаем ли мы при этом, что происходит с элегансами?

Фактически мы наблюдаем результат многократной работы одной и той же программы, выдающей одно и то же с удивительной повторяемостью. Если вы просто будете гонять какую-нибудь программу стомильонов раз на вашем компьютере, шанс, что результат работы компьютера будет разным, - много выше (поди знай, когда он зависнет или какой иной конфликт между параллельно идущими процессами случится), а тут раз за разом одно и то же. 1031 или 959, без вариантов. Понять элегансов - значит, понять, как работает эта программа (а ещё лучше - воспроизвести её с помощью какой-нибудь reverse engineering).

Беда в том, что в отличие от программирования, в биологии, похоже, нет языков высокого уровня, которые бы не содержали явно встроенной лажи. Если надо реконструировать программу, написанную человеком, то можно быть уверенным в том, что она состоит из каких-то действий, операторов (арифметика, сравнения, пересылки, логические разветвления и т.д.). Никого не интересует, как реализуются эти операторы на уровне процессора, - все надеются, что инженеры своё дело знают, и результат сложения 1+1 будет всегда одним и тем же, сколько бы раз его не повторяют. А у элегансов (и всех остальных тоже) нет никаких операторов высокого уровня, - это мы их сами  придумали для собственного комфорта, обозвали латинскими терминами соответствующие макропеременные и думаем, что ухватили бога за бороду. Всё, что происходит с отдельными клетками, - результат очень сложных физико-химических процессов, зависящих от массы параметров (и иногда заставляющих элегансов вытворять разные фокусы). Синтезируются белки, они каким-то образом принимают нужную структуру, - в общем, вместо тысячи маленьких одинаковых машинок Тьюринга, ползущих по общей ленте ДНК, мы имеем гораздо более сложное описание; каждая машинка сама требует описания, использующего многие переменные. Электрон так же неисчерпаем, как и атом (с).

Иными словами, чтобы "понять" не "вообще", на уровне "все мы смертны" или "эволюция закрепляет полезные мутации", мы постоянно должны спускаться всё глубже и глубже. А вы ноктюрн сыграть смогли бы на флейтах водосточных труб смогли бы написать программу, вычисляющую сумму 1+1, в терминах уравнений квантовой химии, описывающих возмущенную кристаллическую решётку в микропроцессоре? Говорите, приобретённые признаки не наследуются?

Много великих умов пытались понять, почему математика так хорошо применима в физике и даже химии, но совершенно бесполезна (за исключением статистических методов) в описательной биологии. Гельфанд, Громов, да кто только не.

Я бы сказал по-простому. Сложно это, ребята! Не в смысле "трудно", а в смысле того, что называется компьютерной сложностью. Если мы начнём в деталях разбираться в том, как конкретно работают механизмы на субклеточном (а тем паче, молекулярном) уровне, у нас просто не хватит специальных терминов, хоть на латыни, хоть на суахили, хоть как, чтобы назвать важные вещи своими именами. Никаких обозримых блок-схем или flow-charts. Биологи уже давно птичьим языком пользуются, говоря о разных генах, разных типах клеточного поведения, p53 там или L4... Так похоже, что просто обозначения закончатся раньше, чем мы сможем сказать "Э-э-э-э! Теперь-то понятно!".

Короче, проблема сугубо филологическая, а все претензии - древним римлянам и грекам, почему недостаточно слов нам оставили.

Дисклеймер, как водится. Сказанное не означает, что невозможно как-то феноменологически описывать мир живых существ "в целом". Невозможность численно просчитать решения трёхмерного Навье-Стокса на длительный промежуток времени не означает, что нужно уволить всех климатологов и синоптиков. Jedem das Seine Suum cuique.

Comments

[signamax]

а в чем собственно вопрос?

[xaxam]

Вопрос в том, когда можно говорить о том, что та или иная вещь такой сложности "понятна".

Вот частный случай такого вопроса, иллюстрирующий "непонятность". Почему у самых разных элегансов при всех вариацих в ДНК число клеток всегда постоянно, а у однояйцевых близнецов - разное? Чем принципиально отличаются соответствующие ДНК?

[signamax]

ответ очень простой

то что мы придумали и загадали как загадку по большей части "понятно"

2+2=4

задаем вопрос - сколько будет
4-2 = ?
и без особых сюрпризов получаем 2
в общем случае - понятно

туда сюда обратно - более или менее понятно

а если чего не мы придумали то хрен оно понятно что имелось ввиду

чем отличаются днк?
я не спец по элегантной днк но могу спекульнуть что там нет непонятных участков и нет альтернативного сплайсинга - то есть все тупо транскрибируется как написано простыми предложениями с понятными знаками препинания.
а в человеческой днк большая часть участков с неизвестной функцией

[xaxam]

Мой математический кумир любит говорить, что если у теоремы есть только одно доказательство, значит, мы её не поняли по-настоящему.

Понять какое-нибудь явление означает (теоретическую, по крайней мере) предсказательную возможность, "а что будет, если мы поменяем то-то и то-то".

Электричество и магнетизм открывали по частям, а понятно стало, грубо говоря, когда Максвелл написал свои уравнения.

Теоретически они тоже могут "сломаться" в запредельных условиях, но явление стало понятным.

[signamax]

у меня сложилось впечатление что с электричеством еще много непонятного

[signamax]

http://driscoll.dls.rutgers.edu/index.html

много интересного

щас как раз ее слушаю

[signamax]

меж тем я по прежнему озадачен плавучестью

[zlyuk]

собственно, эта проблема занимает многие умные умы. особенно, мода на systems biology этому поспособствовала.
самое интересное, на мой взгляд, это что вырисовывается перспектива делать удачные количественные предсказания, без сопутствующей математической прозрачности, к которой привыкли физики. Если ваше определение понимания соотвутствует тому, что вы привели выше, т.е., умение предсказать, то надо менять интуицию, наверное. считать будем, сердцем чуять - нет. shut up and calculate, ага

[xaxam]

>>> без сопутствующей математической прозрачности, к которой привыкли физики.

Я только вчера отслушал популярную лекцию нобелевского лауреата Duncan Haldane про топологическую материю. Может, соберусь сформулировать впечатления, но вот насчёт математической прозрачности, - как мне кажется, это преувеличение.

В конце лектор похвастался тем, как в аспирантские годы, being shut up and calculating, он нашёл опечатку в таблицах Градштейна и Рыжика, крутя ручку механического арифмометра. Может, и приукрасил, мужик не без нотки тщеславности ;-)

[zlyuk]

скажем так, положим, можно будет полуавтоматическим способом построить систему из нескольких (десятков) тысяч диффуров, где каждое уравнение будет выверенно с определённым уровнем достоверности. например, белковые связи в клетке описываем как mass action, что даёт неплохое приближение; считывание ДНК в белок - каскадом процессов, качественно описываемых сигмоидами с экспериментально подтверждёнными параметрами; внутренню жидкость организма принимаем за хорошо перемешиваемую; выстраиваем внешнюю структуру клеток, сигнальные связи между ними, метаболизм и механику. Это гигантский проект, но вовсе не фантастика. Все компоненты реализуемы уже сейчас, и не надо никаких фундаментальных открытий, чтоб собрать воедино.
запихиваем это в солвер, вычислительные мощности можно изыскать. И вот оно что-то посчитает и предскажет как живёт си элеганс в какой-то ситуации.
далле совершенно непредставимо - оно оказалось точным. червяк пополз куда посчитали, съел сколько предсказали и т.п.
система при этом вполне прозрачна и наблюдаема внутре. никакого машинлёрнинга.
вопрос: мы поняли что-то?

[xaxam]

Грубо ответ, - да.

Мы поняли всё, что влияет на эволюцию элеганса. Дальнейшие уточнения - тем, кому поведение элеганса критически важно с пониманием того, как это локализовать и использовать.