نسبت تبيين هاي زيست شناختي با تبيين هاي فيزيكي و شيميايي

چاپ
نوشته شده توسط Administrator يكشنبه ۱۳ مرداد ۱۳۹۲ ساعت ۱۰:۳۳

نسبت تبيين هاي زيست شناختي با تبيين هاي فيزيكي و شيميايي

آيا مي‌توان تبيين‌هاي زيست‌شناختي را به تبيين‌هاي فيزيکي و شيميايي فروکاست؟
فرانسيسکو آيالا و رابرت آرپ ـ ترجمه علي پيرحياتي


از نظر بسياري از پژوهشگران، امکان تقليل پديده‌هاي زيست‌شناختي به پديده‌هاي شيميايي و فيزيکي اصولاً زماني به يک مسئله تبديل شد که مقالة جيمز واتسون و فرانسيس کريک دربارة تبيين ساختار مولکولي DNA در سال 1953 در مجلة نيچر منتشر شد. واتسون و کريک در آن مقاله و مقالة بعديِ خود توجه دانشمندان و فيلسوفان علم را به اين مسئله معطوف کردند که در واقع چه عناصر، فرايندها يا اصولي در توارث نقش دارند. آيا مي‌توان همانطور که حرارت به حرکت جنبشي و صاعقه به تخلية الکتريکي تقليل يافت، ژنتيک مندلي را به ژنتيک مولکولي فروکاست؟ با توجه به آنکه شيمي و فيزيک، پيشرفت‌هاي باورنکردني در کشف تعامل عناصر سازندة جهان پديد آورده بودند- و به اين ترتيب پديده‌هاي بسياري به پديده‌هاي شيميايي و سپس پديده‌هاي فيزيکي تقليل يافته بود- امکان تقليل دادن موجودات جاندار به پديده‌هاي فيزيکي و شيميايي هم معني‌دار به نظر مي‌رسيد. بنابراين، امکان تقليل دادن زيست‌شناسي به فيزيک و شيمي، به مسئله‌اي جدي در فلسفة زيست‌شناسي تبديل شد و چندين مقاله در اين زمينه منتشر گرديد.
انسان هنگام طبقه‌بندي و تبيين واقعيت، در پي سادگي و يکنواختي است و اين مسئله به خصوص دربارة علم صادق است. در اين صورت، مي‌توانيم به قول دکارت «طبيعت را تملک کنيم و فرمانبردار سازيم» (گفتار در روش، بخش ششم). قانون جاذبه، نظرية جنبشي يا اصل انتخاب طبيعي را در نظر بگيريد که چگونه مبنايي يکپارچه، ساده و نيرومند براي تبيين بسياري از رويدادهاي جهان پديد آورده‌اند. با توجه به اين واقعيت، پژوهشگران مي‌کوشند اجزا، فرايندها و اصول متعدد و پيچيده را در صورت امکان، به عناصر پايه يا «کوچک‌ترين مخرج مشترک» (به تعبير نگارندة مقالة اول) تقليل دهند.
«تقليل‌گرايي» اصطلاحي پيچيده با معاني، کاربردها و تعاريف متعدد است. مي‌توان چنين استدلال کرد که مي‌شود کل‌ها را به اجزا، سطوح بالاتر را به سطوح پايين‌تر و پديده‌هاي پيچيده را به پديده‌هاي ساده و نظريه‌هاي قبلي را به نظريه‌هاي جديد فروکاست- البته شکل‌هاي ديگري از تقليل نيز وجود دارد. با توجه به بحث ما درباره فلسفة زيست‌شناسي و به پيروي از اثر ماندگار مايکل سيلبرستين (2002)، مي‌توان (به طور کلي) بين تقليل‌گرايي متافيزيکي و تقليل‌گرايي معرفت‌شناختي تمايز قائل شد. البته هر يک از اين دو نوع تقليل‌گرايي، تعريف‌هاي مختلفي دارند و خود به چند نوع ديگر تقسيم مي‌شوند.  متافيزيک به آنچه در واقعيت وجود دارد، مي‌پردازد. از نظر تقليل‌گرايان متافيزيکي، در واقع هيچ پديده، ويژگي يا جوهر جديدي نمي‌تواند از پديده‌ها، ويژگي‌ها يا جوهرهاي بنيادي‌تر فيزيکي يا شيميايي به وجود آيد، زيرا با توصيف عناصر بنيادي‌تر، چيز ديگري باقي نمي‌ماند که بخواهد واقعيت يک پديده، ويژگي يا جوهر را تشکيل دهد. به اين ترتيب، مثلاً زماني که مردم از آب سخن مي‌گويند، شايد گمان کنند آب يک جوهر مستقل است، اما از ديدگاه تقليل‌گرايان متافيزيکي، آب فقط هيدروژن و اکسيژن است- هيچ چيز جديدي هنگام ترکيب دو مولکول هيدروژن و يک مولکول اکسيژن پديد نمي‌آيد. همين مسئله دربارة پديده‌هاي زيست‌شناختي نيز صادق است، مثلاً سلول همان اجزا، فرايندها و اصول فيزيکي-شيميايي‌اي است که آن را شکل داده‌اند. آنجا که نگارندة مقالة اول (اِوِلين فاکس کلر) ادعا مي‌کند «متعهد به ديدگاهي هستم که همة پديده‌هاي زيست‌شناختي از جمله تکامل را چيزي بيش از تعامل فيزيک و شيمي نمي‌داند»، در ظاهر همين ديدگاه را بيان مي‌کند.
از سوي ديگر، کسي که به تقليل‌گرايي متافيزيکي معتقد نيست، اعتقاد دارد که چيزي در آب هست- مثل ميعان يا ويژگي مايع بودن- که از مولکول‌هاي هيدروژن و اکسيژن برمي‌خيزد يا شکل مي‌گيرد، به طوري که اين ميعان نسبت به مولکول‌هايي که آن را شکل داده‌اند، در ساحت متافيزيکي ديگري قرار دارد. اين مسئله دربارة سلول، برجسته‌تر است، زيرا سلول يک سيستم سلسله‌مراتبي سازمان‌يافته و پيچيده از تعامل‌هاست. به هر حال، از نظر کسي که به تقليل‌گرايي متافيزيکي معتقد نيست، خودِ ميعان يا نظام سلولي چيزي مستقل از هيدروژن، اکسيژن و مولکول‌هاي دي‌ان‌اي، پيوندهاي شيميايي و ساير اجزا، فرايندها و اصول فيزيکي-شيميايي است.
در کنار متافيزيک که به آنچه هست مي‌پردازد، معرفت‌شناسي درگيرِ پاسخ به اين سؤال است که چگونه و بر پاية کدام توجيه، به فهم، توصيف، الگوبندي و تبيين واقعيت مي‌پردازيم. طبق يکي از تعاريف تقليل‌گرايي معرفت‌شناختي- که تقليل نظري نيز گفته مي‌شود- مي‌توان نظرية الف را با نظرية ب که قدرت تبيين بيشتري دارد، جايگزين کرد؛ و به اين ترتيب، به شکل بينانظري، الف را به ب فروکاست. مثلاً «نظرية فلوژيستون» دربارة احتراق (که طبق آن، يک مادة ناشناخته به نام فلوژيستون طي احتراق آزاد مي‌شود)، با معرفي نظرية اکسايش کنار گذاشته شد و نظرية جنبشي دربارة حرارت جايگزين «نظرية کالريک» شد (که طبق آن مايعي به نام کالريک علت حرارت شمرده مي‌شد). کيچردر مقالة خود به نام «1953 و پيامدهاي آن» به يک ادعاي رايج و تقليل‌گرايانة معرفت‌شناختي پاسخ مي‌دهد و آن اينکه ژنتيک سنتي را مي‌توان به صورت بينانظري به زيست‌شناسي مولکولي تقليل داد، به خصوص حالا که مي‌دانيم در سطح مولکولي، توارث چگونه رخ مي‌دهد. کيچر با استفاده از اين استدلال عام که علوم زيست‌شناختي متناظر با سطوح مختلف ساختار پيچيدة طبيعت هستند، مي‌خواهد نشان دهد که «با وجود ارزش فوق‌العادة زيست‌شناسي مولکولي که واتسون و کريک در سال 1953 پايه‌گذاري کردند، مطالعات مولکولي نمي‌توانند ساير بخش‌هاي زيست‌شناسي را اوراق کنند.»
جان دوپره (نگارندة مقالة دوم) در مقالة خود، استدلالي معرفت‌شناختي مبني بر عدم پذيرش تقليل‌گرايي در زيست‌شناسي ارائه مي‌دهد- و احتمالاً با کيچر موافق است- زيرا استدلال مي‌کند که «ويژگي‌هاي خودِ عناصر تشکيل‌دهنده را نمي‌توان بدون در نظر گرفتن نظام بزرگ‌تري که شکل مي‌دهند، درک کرد» و بنابراين، «اين تصور که سيستم‌هاي پيچيده مثل سيستم‌هاي زيست‌شناختي را مي‌توان با شناختِ دقيق عناصر آن ها درک کرد، صحيح نيست» اِوِلين فاکس کِلِر (نگارندة مقالة اول) از اين ديدگاه دفاع مي‌کند که شيمي و فيزيک خواهند توانست زيست‌شناسي را به طور کامل تبيين کنند. او دو نمونه ارائه مي‌دهد (1. کموتاکسي باکتريايي و 2. تنظيم سطوح اکسيژن و دي‌اکسيد کربن در لانة موريانه‌ها) و معتقد است اين دو نمونه، شواهد موفقيت نسبي تلاش براي «فروکاستن تبيين‌هاي زيست‌شناختي به تبيين‌هاي شيميايي يا فيزيکي» به شمار مي‌روند.
به هر حال، بهترين راهبرد براي پژوهشگران زيست‌شناسي احتمالاً آن است که يکي از صورت‌هاي عامِ تقليل روش‌شناختي را دنبال کنند تا به اجزا، فرايندها يا اصولي برسند که نتوان آن ها را تقليل داد. اگر از نظر معرفت‌شناختي يا متافيزيکي به اين نقطه برسيم، آنگاه شايد به قول کِلِر، لازم باشد به «تغييرات اساسي در رويکردهاي سنتي فيزيک و شيمي» دست بزنيم.

امکان تقليل تبيين‌هاي زيست‌شناختي به تبيين‌هاي فيزيکي و شيميايي
اِوِلين فاکس کِلِر
با وجود همة موفقيت‌هاي شگرفي که در کشف واقعيت‌هاي فيزيکي و شيميايي در پس پديده‌هاي زيست‌شناختي در سال‌هاي اخير به دست آمده‌است، هنوز راه درازي در پيش است. اين پرسش بسيار اساسي که تفاوت ميان موجود زنده و غيرزنده در چيست، همچنان بي‌پاسخ است. خلاف بسياري از نظام‌هاي فيزيکي و شيميايي، نظام‌هاي زنده بايد- دست کم- «کارکرد» داشته باشند، مفهومي که تا امروز در زيست‌شناسي، بسيار پراهميت بوده و با وجود اين، جاي آن در دايرة کلمات فيزيک و شيمي خالي‌ است. بنابراين، نيازمند توجيه چگونگي نشأت گرفتن کارکرد از تعامل فيزيک و شيمي هستيم و هنوز به آن دست نيافته‌ايم. با اين حال، در مقالة حاضر، اين خوش‌بيني محتاطانه وجود دارد که به گمان من، در حال نزديک‌تر شدن به پاسخ اين پرسش اساسي هستيم. ليکن چنانکه بحث خواهم کرد، براي رسيدن به اين پاسخ، نياز به تغييرات اساسي در رويکردهاي سنتي به فيزيک و شيمي داريم.

مقدمه
هدف من در مقالة حاضر، پاسخ به اين سؤال است که «آيا مي‌توان تبيين‌هاي زيست‌شناختي را به تبيين‌هاي فيزيکي و شيميايي تقليل داد؟». از آنجا که پاسخ اين سؤال، فقط دو گزينة بله يا خير است، پاسخ من مثبت است. البته به راحتي مي‌توان پاسخ منفي را هم انتخاب کرد. در واقع، گمان مي‌کنم طرح سؤال به اين شکل، چندان مناسب نيست. از آنجا که پاسخ منفي بدين معني‌ست که معتقدم چيزي بيش از فرايندهاي فيزيکي و شيميايي در شکل‌گيري موجودات زنده دخيل است، بايد پاسخ مثبت بدهم. در واقع، خود را ماترياليستي راسخ مي‌دانم و اين اعتقادم را پنهان نمي‌کنم. اما اگر طرح چنين سؤالي بدين معناست که تبيين‌هاي زيست‌شناختي را مي‌توان به نظريه‌هاي ماده که هم‌اکنون بر فيزيک و شيمي حاکم هستند، تقليل داد، آنگاه پاسخم منفي خواهد بود؛ البته نه به اين دليل که طبق استدلال نيلز بور (1932/1958) مطالعة زيست‌شناسي مي‌تواند به کشف قوانين جديد بينجامد، بلکه به اين علت که طبق استدلال نانسي کارترايت (1983) قوانين فيزيک، بنا به تعريف، با در نظر گرفتنِ طيف محدودي از پديده‌هاي فيزيکي و شيمياييِ امکان‌پذير تدوين شده‌اند. البته اين مسئله به ضرورت پيش آمده‌است، زيرا قوانين براي توصيف (يا تبيين) کوچک‌ترين مخرج مشترک فرايندهاي فيزيکي و شيميايي يا آنچه زيربناي تنوع ظاهري اين فرايندهاست، تدوين مي‌شوند.
کوچک‌ترين مخرج مشترک چگونه مشخص مي‌شود؟ علوم فيزيکي و شيميايي، اين مخرج مشترک را در عمل (و به دلايل کاربردي مناسب) عموماً مترادف «ساده» مي‌دانند. بنابراين، به عنوان نمونه بسيار ساده‌سازي‌شده که به دليل فقدان واقع‌گرايي، مورد انتقاد قرار مي‌گيرند، اغلب با اين پيش‌فرض توجيه مي‌شوند که با وجود عدم واقع‌گرايي (که احتمالاً دليلش، سادگي آنهاست)،شامل ويژگي‌هاي بسيار مهمي هستند (نگاه کنيد به کلر 2002، فصل 3). به اين ترتيب، سنتي پديد آمده‌است که در آن، مفاهيم «زيربنايي»، «پايه‌اي»، «اساسي» و «ساده» همگي يک حوزة معنايي واحد را تشکيل مي‌دهند.
چنين پيش‌فرضي، تأثيراتي شگرف در فيزيک داشته‌است، اما در زيست‌شناسي چنين نيست. چنانکه اغلب گفته مي‌شود، زيست‌شناسي با اين پيش‌فرض‌ها و انتظارات سازگار نيست. معني «اساسي» در زيست‌شناسي، هر چه که باشد، نمي‌تواند مترادف «ساده» شمرده شود و معلوم نيست که يک مفهوم اساسي در اصل در همة نهادهاي زيست‌شناختي حضور داشته باشد يا خير. به طور مثال شايد دي.ان.اي در نظام‌هاي زيستي، اساسي به شمار آيد، اما دي.ان.اي يک مولکول بسيار پيچيده است. حتي همان اوايل که زيست‌شناسان مولکولي معتقد بودند که کارکرد اصلي آن، کدگذاري پروتئين‌هاست، هيچ‌کس دي.ان.اي را ساده نمي‌دانست. امروز زيست‌شناسان به اين نتيجه رسيده‌اند که اين مولکول از توانايي‌هاي بسيار بيشتري نسبت به آنچه تصور مي‌شد، برخوردار است و هر روز ابعاد جديدي از اين توانايي‌ها کشف مي‌شود. همچنين زيست‌شناسان اکنون مي‌دانند که دي.ان.اي بر همة نظام‌هاي زيستي حاکم نيست: برخي ارگانيسم‌ها مبتني بر آر.ان.اي هستند و برخي ديگر (مثل پريون) بدون دي.ان.اي و آر.ان.اي به تکثير و ادامة حيات مي‌پردازند. علاوه بر اين، نه تنها زيست‌شناسي، يکپارچه کردن مفاهيم «اساسي»، «مخرج مشترک» و «ساده» را برنمي‌تابد، بلکه چند فيلسوف (اولين بار جک اسمارت در 1963) از اين واقعيت نتيجه گرفتند که زيست‌شناسي قوانين مخصوص به خود ندارد، دست کم به آن معني که فيزيک داراي قانون است. چنانکه ارنست ماير (1982) در جمله‌اي معروف مي‌گويد، قانون کلي در زيست‌شناسي آن است که «همة قوانين زيست‌شناختي استثناپذيرند» (ص 38؛ همچنين نگاه کنيد به بيتي، 1995؛ ميشل، 2000؛ اسمارت، 1963).
البته اين بدان معني نيست که زيست‌شناسي علم به شمار نمي‌آيد (اگرچه به نظر مي‌رسد اسمارت همين منظور را داشت)، بلکه علمي ا‌ست که در آن جستجوي «قانون»، دست کم تا کنون، نقش چنداني نداشته‌است. درست است که اين کلمه براي اشاره به بسياري از کشفيات زيست‌شناختي مهم به کار مي‌رود: قانون تفکيک مندل، قانون نيرو (مربوط به توزيع گره‌ها در شبکه‌هاي زيست‌شناختي) و «دگم مرکزي زيست‌شناسي مولکولي» (که گاهي قانون ناميده مي‌شود). اما در اساس اين موارد را بايد «تعميم» ناميد، نه قانون. آن ها در شرايط متنوعي جاري هستند، اما هيچ ضرورتي در آن ها وجود ندارد (زيرا امکان وضعيت‌هاي ديگر وجود دارد)، و علاوه بر اين، از موارد استثنا هم مبري نيستند. همچنين آنجا که اين تعميم‌ها حاکم هستند، ممکن است اساسي يا ساده نباشند. آن ها فقط گزاره‌هاي تجربي دربارة آنچه به شکل عمومي صحيح است، به حساب مي‌آيند. به اين ترتيب، آن ها ممکن است (دست کم در برخي موارد) تبيين معلول‌ها را بر عهده داشته باشند، اما وقتي هيچ توجيهي دربارة نحوة نشأت گرفتن آن ها از فراز و نشيب‌هاي مراحل تکامل که به چنين ويژگي‌هايي ختم شده، وجود ندارد، خود تعميم‌ها بدون تبيين باقي مي‌مانند.
پس نقش فيزيک و شيمي در ساخت تبيين‌هاي زيستي کجاست؟ به عنوان يک ماترياليست، متعهد به ديدگاهي هستم که همة پديده‌هاي زيست‌شناختي از جمله تکامل را چيزي بيش از تعامل فيزيک و شيمي نمي‌داند. اما اين ديدگاه نه مستلزم اعتقاد به کارامدي درک کنوني ما از فيزيک و شيمي‌ست و نه مستلزم اين انتظار که زيست‌شناسي ما را به سمت کشف قوانين جديد ببرد. البته به طور قطع «پديده‌ها»ي جديدي پيش رو خواهند بود، اما دربارة «قوانين» جديد، با ژان-باتيست لامارک (1809/1984) هم‌داستانم که: «طبيعت نيازي به قوانين خاص ندارد» (ص 132). به اعتقاد من، تحليل پديده‌هاي خاص فيزيکي و شيميايي موجود در فرايندهاي زيستي در اصل بايد براي درک نحوة ظهور ويژگي‌هاي حياتي در نظام‌هاي زيستي کافي باشد. کلمة « در اصل» را به اين دليل به کار بردم که هنوز مشخص نيست در عمل، پيچيدگي اين سيستم‌ها چقدر نسبت به توانايي‌هاي تحليلي ما، دست‌نيافتني باشد. اما به هر حال، مسئله اينجاست که «در اساس چه نوع تحليلي مورد نياز است؟»

زيست‌شناسي سيستم‌ها
طي قرن بيستم، بارها شاهد تلاش براي ارائة تبيين‌هاي زيستي بر مبناي ويژگي‌هاي فيزيکي و شيمياييِ نظام‌هاي زيستي به طور کامل آرماني بوديم، اما اين تلاش‌ها نتوانستند زيست‌شناسان را نسبت به ارزش چنين تحليل‌هايي آگاه کنند (نگاه کنيد به کلر، 2002). اريک پاندر (مدير مؤسسه کلد اسپرينگ هاربور از 1936 تا 1941)، در پاسخ به تلاش‌هاي اوليه از سوي نيکلاس راشوسکي (1934)، در واقع صداي جامعة زيست‌شناسي را منعکس مي‌کند:
«تلاش براي تصور نظامي از معادلات ديفرانسيل با هدف توجيه واقعيت‌هايي که نه تنها پيچيده، بلکه به طور عمده ناشناخته هستند، بي‌ثمر است. ... گفته مي‌شود اگر پرسشي بجا از «طبيعت» بپرسيد، هميشه پاسخ مي‌دهد، اما اگر پرسش‌تان به اندازة لازم، خاص نباشد، به ندرت مي‌توانيد انتظار داشته باشيد که توجه کند. ... امروز بيشتر نيازمند سنجش هستيم تا نظريه.» (به نقل از ويلسون 1934، ص 201)
بايد گفت که راشوسکي طبق روال عادي دانشمندان فيزيک رياضي عمل مي‌کرد و با توجه به فنون تحليلي موجود در آن زمان، چاره‌اي جز شروع کردن کارش با يک الگوي کاملاً آرماني (و بنابراين، ساده‌شده) نداشت. همچنين، نگاه تحقيرآميز زيست‌شناسان به چنين الگويي و دعوت آن ها به سنجش بيشتر هم مبتني بر واقعيت‌هاي رشتة آن ها بود؛ به خصوص که از پيچيدگي‌هاي نظام‌هاي زيستي و تکامل‌محور بودن آن ها به خوبي آگاه بودند.
به هر حال، در سراسر قرن بيستم، زيست‌شناسان به طورعمده در پي دستيابي به داده‌هاي بيشتر بودند. اما در پايان قرن، موفقيت چشمگير برنامة تقليل‌گراي زيست‌شناسي مولکولي و به خصوص ظهور فناوري‌هاي جديد (به عنوان مثال زنجيره نوکلئوتيد، برچسب‌زني مولکولي و رديابي ديداري) باعث شکل‌گيري سيل عظيم داده‌هايي شد که توانايي زيست‌شناسان تجربي در تبيين يافته‌ها با استفاده از روش‌هاي سنتي تحليل را زير سؤال مي‌برد. در علوم فيزيکي و رياضياتي هم به طور عمده به دليل اختراع رايانه‌هاي قدرتمند و پرسرعت، شرايط در حال تغيير بود و اين تحولات به شکل متفاوت، شرايطي براي ايجاد نقطة مشترک ميان علوم رياضي و زيستي فراهم کرد. همکاري‌هاي بينارشته‌اي به گونه‌اي بي‌سابقه مورد حمايت قرار گرفت و در اولين سال‌هاي قرن بيست و يکم، مؤسسات، برنامه‌ها و گروه‌هاي آموزشي جديد با عنوان «زيست‌شناسي سيستم‌ها» سربرآوردند.
زيست‌شناسي سيستم‌ها به هيچ وجه، حوزه‌اي يکپارچه نيست و طيف وسيعي از رويکردهاي رياضياتي، محاسباتي و فيزيکي را در مسائل زيست‌شناختي به کار مي‌گيرد. توافق نظر چنداني دربارة اينکه تحليل محاسباتي چقدر ما را براي کار از پايين به بالا (يعني از آنچه دربارة عناصر مولکولي مربوط و تعاملات آن ها شناخته‌شده است) توانمند مي‌کند و چقدر لازم است از ويژگي‌هاي سيستمي شناخته‌شده به سمت تشخيص عاملان مربوط، به سمت پايين برويم، وجود ندارد. با وجود اين، تقريباً همه دربارة اهميت استوار کردن تحليل بر داده‌هاي موجود و نياز به تدوين تکنيک‌هاي تحليلي که بتواند ما را به فراتر از فهرست اجزا (يعني ژن‌ها، پروتئين‌ها و غيره) ببرد، توافق دارند. همچنين توافق گسترده‌اي دربارة اهميت کشف ويژگي‌هايي که با تحليل سيستم‌هاي متشکل از مؤلفه‌هاي فراوان به دست مي‌آيند و امکان پيش‌بيني آن ها از روي رفتار خودِ مؤلفه‌ها وجود ندارد، به چشم مي‌خورد. به‌رسميت‌شناختن ويژگي‌هاي زيستي کليدي مثل استحکام، تکامل‌پذيري و حدنصاب حس گري به عنوان ويژگي‌هايي که فقط در سطح سيستم‌ها ظاهر مي‌شوند، بسيار اهميت دارد. در واقع، در کمتر از يک دهه، کار در حوزة زيست‌شناسي سيستم‌ها، سرحدات پژوهش زيست‌شناسي را دگرگون کرده و مسائلي را پيش رو قرار داده که پيش از اين به هيچ روي  به آن ها توجه نمي‌شد.
تا کنون، نقطة قوت اصلي چنين تحليل‌هايي، نه کاربرد الگو‌هاي ساده و کاملاً آرماني، بلکه توجه دقيق به انواع داده‌هاي آزمايشگاهي که پژوهش زيستي متأخر فراهم آورده، بوده‌است. با کارآمدسازي هوشمندانة شيوه‌هاي نظري و محاسباتيِ علوم فيزيک، رياضيات و رايانه و کاربرد روش‌ها و رويکردهاي علوم مهندسي و همچنين به‌کارگيري فناوري‌هاي پيچيدة طراحي‌شده در حوزة فيزيک آزمايشگاهي براي دستيابي به داده‌هاي ميکرومولکولي که تحليل زيربناي فيزيکي فرايندهاي مولکولي نيازمند آن هاست، رفته رفته به سطوحي از درک مي‌رسيم که ارائة تبيين‌هاي زيستي با توسل به فرايندهاي فيزيکي و شيميايي امکان‌پذير مي‌شود. اما به تدريج مشخص شده‌است که اين تبيين‌ها شبيه انواعي از تبيين در فيزيک و شيمي که با آن ها آشنا هستيم، نخواهند بود.
از جمله تفاوت‌هاي ميان اين دو نوع تبيين، مي‌توان به اين موارد اشاره کرد: (1) تعامل متراکم و تعداد زياد اجزا؛ (2) سازمان‌دهي سلسله‌مراتبي (و چندمقياسي) سيستم‌هاي زيستي؛ (3) وابستگي هويت اجزا و تعاملات ميان آن ها به تأثيراتِ سطوح بالاتر؛ و (4) استحکام و تطبيق‌پذيري ساختارهاي زيستي. به وضوح مي‌دانيم که سيستم‌هاي زيستي بسيار پيچيده‌تر از سيستم‌هاي فيزيکي هستند و به تازگي اين پرسش مطرح شده‌است که چرا آن ها اينقدر پيچيده هستند. چنانکه آرتور لندر (2004) مي‌نويسد «اين همه پيچيدگي چه هدفي دارد؟» (ص713). کنيهيکو کانکو (2006) با توجه به اين نکته که «اگر تنها واکنش به محيط بيروني مطرح است، واکنشي ساده‌تر که تنها شامل يک سطح است، کفايت مي‌کند» ديدگاه مشابهي را مطرح مي‌کند. پاسخ کانکو باز هم به تکامل اشاره دارد. او مي‌نويسد «تنوع يا پيچيدگي شگرفي که شاهد آن هستيم، معلول سرگذشت ارگانيسم‌هايي‌ست که شرايط بسيار متنوعي را تجربه کرده‌اند... همة تجارب گذشته در ساختار و کارکرد ارگانيسم‌ها نمودار شده‌است» (ص9) و اين نتيجه‌گيري به نظر صحيح مي‌رسد.
 کارکرد: مفهومي تقليل‌گرايانه
البته تفاوت‌هاي کيفي و نيز کمّي ميان سيستم‌هاي فيزيکي و زيستي وجود دارد و احتمال مي رود برجسته‌ترين تفاوت آن است که سيستم‌هاي زيستي «کارکرد» دارند، مفهومي که تا امروز در زيست‌شناسي، بسيار پراهميت بوده و با وجود اين، جاي آن در دايرة کلمات فيزيک و شيمي خالي‌ست. براي جلوگيري از ابهام، بايد خاطرنشان کنم که منظور من از کلمة «کارکرد»، آن معنايي نيست که فيلسوفان علم در سال‌هاي اخير در نظر گرفته‌اند و طبق آن، کارکرد از نظر انتخاب طبيعي تعريف مي‌شود. کارکرد در معناي عام- چنانکه اولين بار از سوي روت ميليکان (1984) معرفي شد و اکنون عموماً به کار مي‌رود- بايد تنها در بافت انتخاب طبيعي فهم شود: کارکرد X آن کارکردي است که «باعث شده ژنوتيپي که X نمود فنوتيپي آن است، با انتخاب طبيعي انتخاب شود» (نئاندر 1998، ص319). منظور من از اين اصطلاح، چنين نيست. در واقع، مفهوم کارکرد از ديدگاه من، هم از نظر منطقي و هم از نظر تاريخي، بايد بر انتخاب طبيعي مقدم باشد. طبق معناي عمومي انتخاب طبيعي-دست کم از زمان سنتز نودارويني و احتمالاً از زمان خود داروين-نهادهاي باثبات، مستقل و قادر به توليد مثل بايد پيش از انتخاب طبيعي وجود داشته باشند. انتخاب طبيعي دست کم مستلزم وجود ارگانيسم‌هاي تک‌سلولي يا نهادهاي زيرسلولي باثبات، مستقل و قادر به توليد مثل است. اما اين سلول‌هاي اوليه به ضرورت شامل واحدهاي زيرسلولي متعدد بوده‌اند که امکان وجود کارکردهاي حداقلي در سلول براي حفظ حيات و توليد مثل را فراهم مي‌کرده‌اند. به عبارت ديگر، حتي اگر اولين سلول‌ها فاقد بسياري از ويژگي‌هاي سلول‌هاي جديد باشند، بايد از مکانيسم‌هاي ابتدايي براي پشتيباني متابوليسم، تقسيم سلولي و غيرهبرخوردار بوده باشند و بنابراين بايد نمودهاي اولية کارکرد که تضمين‌کنندة ادامة حيات سلول و محافظت از آن باشد، پيشاپيش به وجود آيد.
براي تدقيق منظورم از کارکرد، به استدلال مايکل روز (2003) عليه استفاده از اين اصطلاح براي سيستم‌هاي بي‌جان و به طور خاص، عليه کارامدي عليت چرخه‌اي در درک کارکرد زيستي اشاره مي‌کنم. روز نمونة آشناي فرايند چرخه‌اي را مثال مي‌زند که طي آن، باران بر دشت‌ها و کوه‌ها مي‌بارد، از طريق رودها به دريا مي‌ريزد، با گرماي خورشيد تبخير مي‌شود و ابرهايي به وجود مي‌آورد که دوباره به شکل باران به زمين باز مي‌گردند. به اين ترتيب، رود آب را به گونه‌اي هدايت مي‌کند که ابر تشکيل شود. ابرها نتيجة وجود رود هستند. اما روز استدلال مي‌کند که به هر حال نمي‌گوييم کارکرد رود، توليد ابر است و البته حق با اوست. او ادعا مي‌کند که آنچه در دست نيست، معياري است که طبق آن «بتوان کارآمدي يا سودمندي چيزها را مورد قضاوت قرار داد.»
نمي‌خواهم از مفاهيم انطباق‌گرا و اراده‌گراي مايکل روز مثل «ارزش» و «خواست» استفاده کنم، بلکه مي‌خواهم ديدگاه او را تعديل کنم، به اين شکل که آنچه را او «قضاوت» مي‌نامد، به صورت سنجش يک متغير خاص، يا بهتر بگويم ارزشيابي انجام‌شده توسط يک حس‌گر مکانيکي تعريف کنم که هنگام تجاوز از يک حد ازپيش‌تعيين‌شده، در اختيار کنترل‌کننده‌اي قرار مي‌گيرد که دامنة مناسب آن متغير را به شکل پايدار نگه مي‌دارد. به عبارت ديگر، با بازگشت به سنت فلسفي ديگري، از کلمة «کارکرد» به معني يک ساز و کار سادة بازخورد (مثل يک ترموستات) استفاده مي‌کنم. چنانکه ويليام ويمسات (2002) مي‌گويد، «اينکه بگوييم يک نهاد خاص کارکرد دارد، بدان معني‌ست که حضور آن به تنظيم خودکار نهاد بزرگ‌تري که آن را دربرمي‌گيرد، کمک مي‌کند.» (ص177) وقتي چنين ساز و کاري به چرخة باران-ابر-رود اضافه شود (به طور مثال ساز و کاري که وقتي سطح آب خيلي پايين مي‌آيد، باعث تغيير در ميزان تبخير مي‌شود)، آنگاه مي‌توان منطقاً از کارکرد سخن گفت و به عنوان نمونه کارکرد چنين ساز و کاري را حفظ سطح آب در دامنة خاصي از پارامترها دانست. استدلال من آن است که مي‌توانيم به همين شکل، به ساز و کار‌هاي سلولي متفاوت و متنوع (خطايابي و تعمير، چاپرون‌ها، تنظيم چرخة سلول) اشاره کنيم که جنبه‌هاي مختلف فرايندهاي سلولي را پايدار نگه مي‌دارند.
براي توضيح بيشتر معني تقليل‌گرايانه‌اي که «کارکرد» در مقالة حاضر دارد، مي‌خواهم بر معلول‌هايي متمرکز شوم که به پايداري آن دسته از ويژگي‌ها که براي ادامة حيات سيستم ضروري هستند، کمک مي‌کنند: سطح آب يا احتمالاً يکپارچگي فيزيکي آن. «پايداري» اندکي فراتر از «ثبات» به معني ثابت ماندن يک ويژگي خاص در شرايط داخلي يا خارجي است، اما بايد توجه داشت که حفظ يک ويژگي در يک دامنة خاص لزوماً به ادامة حيات کل سيستم کمک نمي‌کند. به عنوان نمونه حفظ سطح آب در برخي از مراحل به پايداري چرخة باران-ابر-رود کمک مي‌کند، در حالي که حفظ دماي ثابت سيستم به پايداري چنين سيستمي ارتباط ندارد. براي تمايز قائل شدن ميان پايداري يا ثبات يک جنبة خاص از سيستم و پايداري سيستم به عنوان يک کل، از اصطلاح «قوام» براي دومي استفاده مي‌کنم. نکتة مهم آن است که وقتي پايداري يک ويژگي به قوام کل سيستم کمک مي‌کند، نوعي انتخاب – يعني انتخاب باثبات‌ترين (يا باقوام‌ترين)-به طور خودکار انجام مي‌شود. در اين مورد، با انتخاب بدون توليد مثل سروکار داريم. همچون انتخاب طبيعي، اين نوع انتخاب هم هيچ ربطي به نيروهايي که پايداري سيستم را به خطر مي‌اندازند، ندارد؛ بلکه فقط به قوام مي‌پردازد.
در واقع، اگر توليد مثل را فقط يکي از راهبردهاي تضمين قوام به شمار آوريم- چنانکه فردريک بوچارد (2004)، روزنبرگ و کاپلان (2005) و ديگران معتقدند- مي‌توانيم انتخاب طبيعي را زيرمجموعه‌اي از مقولة عام «انتخاب براي قوام» بدانيم. به اين ترتيب، دقيقاً مثل انتخاب طبيعي، اين فرايند انتخاب عام‌تر که با پايداري/قوام متغير وارد صحنه مي‌شود، علت رايج بودن نهادهاي متشکل از وسيله-سيستم را توجيه مي‌کند. همچنين شايد توجيهي براي بهسازي‌هاي تدريجي نحوة سازمان‌دهي به منظور افزايش پايداري باشد. با اين حال، درک ما را از نحوة پيدايش اولية چنين سازمان‌دهي‌اي روشن‌تر نمي‌سازد- سازمان‌دهي‌اي که در آن، يک جزء تأثيري دارد که پايداري سيستم بزرگ‌تري را که شامل آن مي‌شود، بهبود مي‌بخشد.
به اين ترتيب، سؤال اصلي آن است که چنين مکانيسمي چگونه پديد آمده‌ است. جاي تعجب است که با وجود همة تلاش‌هاي متأخر براي پرداختن به نظام‌هاي زيست‌شناختي به مثابه نمونه‌ايي از سيستم‌هاي ديناميک غيرخطي که در فيزيک آماري وجود دارد و همچنين با وجود همة قدرت ديناميک غيرخطي در توليد الگوهاي پيدايشي، هنوز کارکرد زيست‌شناختي- آنچنانکه منظور من است- هنوز در افق‌ها پديدار نيست.در ظاهر پيدايش کارکرد نيازمند چيزي بيش از تعاملات غيرخطي‌ست و سؤال اينجاست که اين چيز بيشتر چيست.  والتر فنتانا و لئوباس (1996) در پاسخ به همين سؤال، چنين نتيجه‌گيري مي‌کنند که «نظرية سنتي نظام‌هاي ديناميک براي پرداختن به فرايندهاي ساختي مناسب نيست. در واقع، خودِ معناي «ساخت» نيازمند توصيفي‌ست که شامل ساختار چيزهاست، اما اصولاً آنچه نظام ‌هاي ديناميکي را اينقدر موفق ساخته‌است، همان حذف چيزها از توصيف‌هاست.» (ص59). آن ها استدلال مي‌کنند که مشکل اصلي آنجاست که اگرچه نظرية سنتي نظام‌هاي ديناميک «براي پرداختن به تغيير در ماهيت ويژگي‌هاي کيفي چيزهاي ثابت موفق است»، اما «در پرداختن به تعاملاتي که خود چيزها را تغيير مي‌دهند، چندان کارامد نيست» (ص63). و اين دقيقاً ويژگي مؤلفه‌هاي سيستم‌هاي زيست‌شناختي است که لزوماً تحت تأثير تغيير در ديناميک دروني سيستم و نه فقط تأثيرات خارجي هستند. به قول اين پژوهشگران، «نسبت جهش با ساخت همان نسبت حرکت به ديناميک است» (ص63). فونتانا و باس تلاش خود براي تعميم نظرية سنتي براي دربرگرفتن چيزها، ويژگي‌هاي دروني، ساخت و ديناميک‌شان را «نظام‌هاي ديناميک ساختي» ناميده‌اند.

کانت و هدف پنداري
کارکرد، نه تنها سيستم‌هاي زنده و غيرزنده را از يکديگر متمايز مي‌کند، بلکه دقيقاً موضوع اصلي اين سؤال است که علم حيات، چگونه علمي بايد باشد.به طور قطع همين مسئله،دغدغة ايمانوئل کانت دربارة آيندة علم حيات است. او در بخش دوم «نقد قوة حکم» مي‌نويسد: «ارگانيسم‌ها پديده‌هايي هستند که به مفهومِ غايت که غايتِ طبيعت و نه غايت عملي است، عينيت مي‌بخشند. آن ها مبنايي غايت‌شناختي به علوم طبيعي مي‌بخشند ... که امکان وجود آن بدون ارگانيسم‌ها فراهم نمي‌شود، زيرا در اصل نمي‌توانيم به شکل پيشين، ممکن بودن اين نوع عليت را دريابيم.» از نظر کانت، دقيقاًٌ اينجاست که دشواري اساسي در رويکرد علمي به حيات پيش رو قرار مي‌گيرد: در اين واقعيت که ارگانيسم‌ها سيستم‌هايي هستند که به گونه‌اي رفتار مي‌کنند که پنداري مقصد، اهداف و غايات (يا کارکردهاي) خاص خود را دارند. (البته اصطلاحي که کانت به کار برد، نه کارکرد بلکه کلمة آلماني Naturzwecke بود که آن را «غايت طبيعت» يا «غايت طبيعي» ترجمه مي‌کنند، اما از نظر من همة اين اصطلاحات در درک دغدغة اصلي او به يک اندازه کارامد هستند.)
کانت معتقد نبود که ارگانيسم‌ها در واقع غايت‌مند هستند، بلکه گمان مي‌کرد ما راهي براي درک آن ها نداريم، مگر آنکه آن ها را موجودات غايت‌مند بدانيم. شايد بايد مي‌نوشت «آن ها مبناي غايت‌شناسي پنداري به علوم طبيعي مي‌بخشند»- يعني همان چيزي که در آن زمان، علوم طبيعي (يعني مکانيک نيوتني) فاقد آن بود. در واقع، به همين دليل بود که نتيجه گرفت «هيچ‌گاه نيوتني براي يک ساقه علف نخواهد آمد.» نحوة سازمان‌دهي ارگانيسم‌ها را، نه با خود قوانين نيوتني و نه با هيچ قانون اين‌چنيني نمي‌توان تبيين کرد. کانت مي‌نويسد «اين خلاف عقل است که مادة محض به خودي خود وبا قوانين مکانيکي، خود را به گونه‌اي شکل دهد که حيات از طبيعتِ آنچه بي‌جان است، برخيزد يا خود به خود شکلي غايت‌مند و خودپا پيدا کند.» به اين ترتيب، اگر قرار است زيست‌شناسي علم باشد، بايد ماهيت متفاوتي داشته باشد.
طبق نظر کانت، تفاوت ميان حيات و علوم فيزيکي، دقيقاً در سازمان‌دهي خاص موجودات زنده به شکل جزء-کل يا به قول خودش «خودسامان» (که در واقع اولين کاربرد اين اصطلاح به شمار مي‌آيد) نهفته است: «در چنين موجود طبيعي‌اي، مي‌توان چنين پنداشت که هر جزء وجودش را مديون سازمان‌دهي همة اجزاي ديگر است و از طرف ديگر همچون يک وسيله يا عضو، وجودش براي ديگران و براي کل است... جزء بايد وسيله‌اي براي موجوديت اجزاي ديگر باشد که هر يک به نوبة خود و به شکل متقابل، ديگر اجزا را موجوديت مي‌بخشند... فقط تحت اين شرايط و با اين چشم‌انداز است که چنين موجودي مي‌تواند موجودي سامان‌مند و خودسامان باشد و به اين ترتيب، مي‌توان آن را غايت فيزيکي دانست.» (کانت، 1987، ص557)
مختصر آنکه ارگانيسم «يک موجود طبيعي سامان‌مند است که هر جزء آن همزمان، هم وسيله و هم هدف است. در چنين موجودي، هيچ‌چيز بيهوده، بي‌هدف نيست و نمي‌توان هيچ جزئي را پيامد ساز و کار کور طبيعت دانست» (ص558). در واقع، کانت اين احتمال را رد نمي‌کند که چنين موجوداتي در ذات مکانيکي باشند، بلکه با توجه به محدوديت‌هاي قوة حکم ما، اين امکان را ممتنع مي‌داند که بتوانيم آن ها را با ساز وکارهاي کور، به طور کامل تبيين کنيم. اين بدان معني نيست که نبايد تلاش کنيم، بلکه نشان مي‌دهد بايد محدوديت‌هاي شناختي خود را بپذيريم. چنانکه آليکس کوهن (2007) توضيح مي‌دهد: «قابل قبول و حتي پسنديده است تا وقتي احتمال موفقيت هست، تلاش کنيم موجودات طبيعي را با مکانيسم‌هاي طبيعي تبيين کنيم. در واقع، اگر هم تسليم شويم، دليلش محدوديت‌هاي بشري ماست، نه اينکه يافتن غايتمندي طبيعي با پيشروي در اين مسير، ناممکن است.» (ص115)
در حقيقت، استدلال کانت آن است که دقيقاً به دليل محدوديت‌هاي ماست که از مفهوم غايت‌مندي در بررسي سيستم‌هاي زيستي استفاده مي‌کنيم. کتاب «نقد قوة حکم» که در سال 1790 نوشته شد، شايد اولين رساله فلسفي دربارة زيست‌شناسي نظام ‌ها باشد، اگرچه اين اصطلاح،نه در آن زمان و نه طي نيم‌قرن بعد در پژوهش‌هايي که به خصوص در آلمان از بحث کانت الهام گرفتند، به کار نرفت. اين پژوهش‌ها همگي به يافتن راهي براي يکپارچه‌سازي غايت‌مندي و مکانيسم در تحليل نظام هاي زيستي مي‌پرداختند و سنتي پژوهشي بر آنها حاکم بود که تيم لنوار (1982) آن را «غايت-مکانيک‌گرا» مي‌نامد. به هر حال اين سنت صرفنظر از موفقيتش، به زودي جاذبة خود را از دست داد و دليل اين امر، جبهه‌گيري و تفکيک فزاينده بين علم مکانيکي از يک سو و معماري الهي هدفمند از سوي ديگر و همچنين موفقيت چشمگير داروين بود. در حقيقت، حتي نوشته‌هاي کانت دربارة حکم غايتمندي يعني بخش دوم «نقد قوة حکم» به فراموشي سپرده شد. اما با ظهور زيست‌شناسي سيستم‌ها در چند سال اخير، شايد دشوار بتوان به آن سنت پژوهشي و به خصوص دغدغه‌هاي کانت بازنگشت.

سايبرنتيک و ماشين‌هاي برنارد
تفاوت عمده ميان عصر ما و عصر کانت، يعني ميان نااميدي ابدي کانت از ارائة تبييني مکانيکي از غايت‌هاي طبيعي و خوش‌بيني روزگار ما، در ظهور ساز و کارهايي است که کارکرد خودسامان را در ميانة قرن بيستم امکان‌پذير کردند. به نوشتة وارن ويور (1948، ص540) در مقاله‌اي که مدت کوتاهي پس از پايان جنگ جهاني دوم منتشر شد، «از ميان بدبختي جنگ» نه تنها يک ماشين جديد سربرآورد، بلکه ديدگاه جديدي نسبت به علم موجودات بي‌جان پديد آمد: علمي بر پاية اصول بازخورد و عليت چرخه‌اي و با هدفِ اجراي مکانيکيِ دقيقاً همان رفتار غايت‌مندانه‌اي که دغدغة کانت بود. سايبرنتيک علمي است که تمايز ميان ارگانيسم و ماشين را از ميان مي‌برد، همان تمايزي که مفهوم خودساماني کانت بر آن استوار است.  به قطع بينش اوليه‌اي که سايبرنتيک بر آن استوار بود، پتانسيل بسيار بيشتري از آنچه پديدار شد، داشت. اين علم نتوانست خلأ ميان هواپيماي بدون سرنشين و ارگانيسم‌هاي زنده را پر کند. با اين حال، از آن زمان به بعد، به رسميت شناختن نقش مهم بازخورد در طراحي (يا سازمان‌دهيِ) واحدهاي کارکردي هرگز از بين نرفته و در سال‌هاي اخير اين مفهوم نقش عمده‌اي در تحليل سيستم‌هاي تنظيم‌کننده در زيست‌شناسي داشته‌است. به نظر مي‌رسد روش‌هاي معاصر تحليل بازخورد در سايبرنتيک مي‌توانند اين خلأ مهم را پر کنند و تبييني مکانيکي (يعني فيزيکي و شيميايي) دست کم براي برخي از موارد کارکرد زيست‌شناختي ارائه دهند.
اسکات ترنر (2007)، با وام گرفتن اصطلاحي مناسب از همکارش (کاسما شاليزي)آن را در حوزه‌اي که در ظاهر منظور من از کارکرد را تبيين مي‌کند، به کار گرفته‌است. ترنر به «عوامل (يا اعضاي) هم‌ايستايي» علاقمند است و با اشاره به کلود برنارد، اندام شناس معروفي که بيشترين آثار را در اينباره دارد، اين عوامل را «ماشين‌هاي برنارد» مي‌نامد. ماشين‌هاي برنارد، وسيله‌اي براي ايجاد (و حفظ) شرايط ثابت در داخل ارگانيسم يا پيرامون آن هستند؛ آن ها يکي از مهم‌ترين مسائل اندام شناسي يا بهتر بگوييم نماد واقعي آن هستند.  با توجه به بحث راجع به کارکرد، ماشين برنارد دقيقاً همان چيزي است که براي تبديل چرخة باران-ابر-رود به يک نظام داراي کارکرد لازم است؛ ماشين برنارد، ساز و کاري است که کارکرد را وارد چنين نظامي مي‌کند. چنين وسيله‌اي در نظام‌هاي زيستي به وفور داز ويده مي‌شود و با وجود اين، از نظر تکاملي، بسيار پيچيده است (حتي اگر از نظر مهندسي ساده به نظر رسد). علاوه بر اين، آنچه قدرت زيست‌شناسي نظام‌ها در دورة معاصر را نشان مي‌دهد (به خصوص تلاش‌هايي که همزمان، رويکردهاي بالا به پايين و پايين به بالا را دنبال مي‌کنند)، نمونه‌هايي است که در آن ها، تبيين طبيعت‌گرايانة چنين نظام‌هايي موجود يا در آستانة کشف قرار دارد. دو مورد را براي نمونه ذکر مي‌کنم.
مورد اول، کموتاکسي باکتريايي است، يعني توانايي باکتري‌ها در تشخيص و حرکت به سمت يک جاذب (مثلاً مادة مغذي) يا دور شدن از يک دافع (مثلاً سم). در چند سال اخير، زيست‌شناسان تقريباً تمام ساختار اين نظام را کشف کرده‌اند- در واقع، کموتاکسي باکتريايي را مي‌توان فرزند زيست‌شناسي نظام‌ها دانست. ساختاري که امکان کموتاکسي را فراهم کرده‌است، خودش از عناصر و سازه‌هاي به نسبت پيچيده و از پيش‌ موجودي ساخته شده که مؤلفة اصلي آن ها، تاژک (سيستم حرکتي) و گيرندة شيميايي (حس‌گر) است. نمونة مناسب آن، اي‌کولاي است. هر باکتري داراي چند تاژک است که مي‌توانند ساعت‌گرد يا پادساعت‌گرد حرکت کنند. با توجه به ساختار مارپيچي تاژک‌ها، حرکت پادساعت‌گرد باعث ايجاد يک تودة چرخشي واحد و حرکت در مسير مستقيم مي‌شود؛ از سوي ديگر، حرکت ساعت‌گرد توده را بر هم مي‌زند و باعث مي‌شود باکتري در جاي خود غلت بخورد. پيامد نهايي، حرکت تصادفي و زنجيرة حرکت مستقيم و غلت است، اما اضافه کردن يک بازخورد ساده بين گيرنده‌ها و تاژک‌ها که جهت حرکت را طبق غلظت شيميايي تنظيم مي‌کند، به حرکت هدفمند منجر مي‌شود.  نظام واقعي بازخورد که اي‌کولاي از آن بهره مي‌برد، يک گام فراتر از ساده‌ترين نظام ممکن است. اين باکتري از ساز و کاري که امکان مقايسة فيزيکي غلظت‌ها را فراهم مي‌کند، همراه با نظام حرکتي به شکلي استفاده مي‌کند که زمان بين علت‌ها در صورتي که باکتري در حال حرکت در مسير «مناسب» باشد، کاهش يابد و به اين ترتيب، واکنش کموتاکسيک مستقيم‌تري نسبت به آنچه در حالت عادي انتظار مي‌رود، به وجود آيد. طي تکامل، حلقه‌هاي بازخورد بيشتري اضافه شده و باعث ايجاد وسيله‌اي مستحکم و فوق‌العاده کارامد جهت حفظ محيطي مطلوب براي باکتري شده‌است – محيطي عاري از سم (کموتاکسي منفي) يا سرشار از مواد مغذي (کموتاکسي مثبت).
اين نمونة اعلاي ماشين برنارد است، با اين توضيح که محيطِ پيرامونِ باکتري را با جابجا کردن ارگانيسم تا هنگام بهبود محيط محلي تنظيم مي‌کند، نه با تغيير مستقيم محيط (مثل ترموستات). اين ماشين با سلسله‌مراتب حلقه‌هاي بازخورد بين سيستم حس‌گر و سيستم حرکتي کار مي‌کندکه اکنون به خوبي مطالعه شده و به طور کارامد با استفاده از فرايندهاي شيميايي و فيزيکي تبيين شده‌اند. البته اينکه چنين ماشيني چگونه ساخته مي‌شود، مسئلة ديگري است و اين فرايند چندان روشن نيست. با اين حال، مي‌توان محتاطانه چنين گفت که شکل‌گيري اين ماشين هم بر پاية بازخورد و به طور خاص، بازخورد بين تنوع در فرايندهاي شيميايي، تغيير در محيط فيزيکي مادي که اين تنوع به آن منجر مي‌شود و همچنين تغيير در فشار گزينشي اعمال‌شده بر پيامدهاي شيميايي ايجادشده به وسيلة تغيير محيط فيزيکي قرار دارد. در اينجا، کارکرد با نوعي انتقال تکاملي تعاملات بين واکنش‌هاي شيميايي و ديناميک فيزيکي رسانة مکاني-فيزيکي-مادي که در آن واکنش‌ها رخ مي‌دهند، ايجاد مي‌شود. نمونة دوم از ماشين برنارد، مثال خود ترنر است: تپه موريانه‌اي که مثل تونل باد عمل مي‌کند و سطح دي‌اکسيد کربن (و اکسيژن) در لانة موريانه‌ها را تنظيم مي‌کند. در اينجا، محيط لانه در سطح مطلوب حفظ مي‌شود، اما نه با جابجا کردن لانه، بلکه با فعاليت موريانه‌ها در ساختن يک وسيلة فيزيکي که جريان باد را تنظيم مي‌کند و دما و غلظت گازها در لانه را به شکل ثابت حفظ مي‌کند. در واقع، اين يک مؤلفه (يک مؤلفة ضروري) در بدنة لانه است که بدون آن لانه دوام نمي‌آورد. مشکلي را که موريانه‌ها با آن روبرو هستند، مي‌توان چنين شرح داد: اجتماع موريانه‌ها با ملکه و شاه آغاز مي‌شود که زير سطح خاک مستقر هستند و نيروي توليد مثل شگرفي دارند. در يک دورة زماني کوتاه، جمعيت لانه به يک ميليون موريانه مي‌رسد که نياز تنفسي‌شان تقريباً به اندازة يک خرگوش است. با وجود اين، به موازات رشد انفجاري جمعيت، فضاي لانه يعني ميزان دما، غلظت اکسيژن و دي‌اکسيد کربن کاملاً ثابت مي‌ماند. سؤال اينجاست که «اين ثبات چگونه امکان‌پذير است؟»
ترنر سؤال را به اين شکل پاسخ مي‌دهد: دستگاه رفتاري هر موريانه شامل دو نوع فعاليت است: برداشتن دانه‌هاي خاک و چسباندن آن ها به بدنة لانه. اينکه کدام فعاليت انجام شود، بستگي به ميزان دي‌اکسيد کربن دارد و احتمال برداشتن دانة خاک هنگام بالا بودن غلظت دي‌اکسيد کربن و چسباندن آن هنگام پايين بودن اين غلظت، بسيار زياد است. به عبارت ديگر، مثل باکتري‌هايي که درگير کموتاکسي هستند، هر موريانه داراي يک حس‌گر است که رابطة مستقيمي با نوع فعاليتي که انجام مي‌دهد، دارد. رابطة ميان فعاليت موريانه و سطح دي‌اکسيد کربن که حس‌گر گزارش مي‌دهد، ساخت تپه را به شکلي پيش مي‌برد که سرعت جريان هوا به طور کارامد با نيازهاي متابوليک جمعيت موريانه‌ها هماهنگ باشد. مي‌توان گفت تپه داراي کارکرد است، يعني همان حفظ ثبات فضاي لانه در سطح مطلوب. مي‌توان اين کارکرد را «اتمسفروستات» ناميدکه البته هيچ تعمدي در ظهور آن نقش ندارد و شکل‌گيري آن فقط وابسته به موريانه‌هاي بي‌فکري است که فقط مي‌دانند با سرعتي بر حسب ميزان غلظت دي‌اکسيد کربن، دانه‌هاي خاک را بردارند و بچسبانند. اما اين پيوند سادة حس‌گر-رفتار در يک موريانه که پيچيده‌تر از سيستم فعاليت باکتري نيست، به تنظيم مداوم و در ظاهر تعمديِ فضا در سطح لانه مي‌انجامد. در واقع، پيامد نهايي، ساخت تپه به گونه‌اي است که در هر لحظة خاص، به مثابه يک تونل باد کارامد و سازگار با نيازهاي تنفسي جمعيت موريانه‌ها عمل مي‌کند.  باز هم وجود حلقه‌هاي بازخورد بسيار حائز اهميت است. ساختار فيزيکي تپه، جريان هوا را (که شامل دي‌اکسيد کربن است) در فضاي لانه تعيين مي‌کند (بازخورد اول)؛ نحوة توزيع دي‌اکسيد کربن، فعاليت موريانه‌ها و در واقع نحوة ساخت لانه را تعيين مي‌کند (بازخورد دوم) و فعاليت موريانه‌ها باعث بالا رفتن سطح دي‌اکسيد کربن مي‌شود. پيامد نهايي اين بازخوردها، تشکيل دستگاه تنظيم‌کننده هوا-تپه-موريانه‌ها است که در واقع با همان منطق ترموستات کار مي‌کند؛ تنها تفاوت شگرف آن است که هيچ مهندسي براي طراحي، ساخت يا نصب تپة موريانه‌اي لازم نيست.
درک ما از کارکرد اين ماشين برنارد، کمتر از کموتاکسي باکتريايي است، اما نماي کلي روشن است. در اينجا هم، چيزي راجع به منشأ (يا نحوة تکامل) چنين ماشيني نگفتيم. با وجود اين، مي‌توانيم محتاطانه، عملکرد همان نوع بازخوردي را که در تکامل ساز و کار کموتاکسي باکتريايي نقش داشت، در نظر بگيريم يعني بين: تنوع فرايندهاي شيميايي (تکامل ژنتيک)؛ تغيير در محيط فيزيکي مادي که اين تنوع به آن منجر مي‌شود؛ تغيير در فشار انتخابي اعمال شده بر پيامدهاي شيمايي ناشي از تغيير محيط فيزيکي. در اينجا هم معتقدم پيوند ميان حس‌گر و رفتار که براي ايجاد کارکرد لازم است، با انتقال تکاملي تعاملات ميان واکنش‌هاي شيميايي و ديناميک فيزيکي رسانة مکاني-فيزيکي-مادي که در آن واکنش‌ها رخ مي‌دهند، پديد آمده‌است.

خوش‌بيني محتاطانه
البته هنوز به نتيجه‌اي قطعي نرسيده‌ايم. در بهترين حالت، نمونه‌هايي که ارائه دادم، شاهدي مبني بر موفقيت نسبي در تلاش براي «فروکاستن تبيين‌هاي زيستي به تبيين‌هاي فيزيکي و شيميايي» است. در واقع، اين نمونه‌ها، ابهام در خود مسئله را روشن مي‌سازند. اينکه چگونگي کموتاکسي يا توانايي موريانه‌ها در ساخت تونل‌هاي باد جهت تنظيم محيط خود را با فرايندهاي فيزيکي و شيميايي تبيين کنيم، يک مسئله است و اينکه چنين سيستم‌هاي پيچيده و شگفت‌انگيزي چگونه شکل گرفته‌اند، مسئله‌اي ديگر. همانطور که از کانت نقل کرديم، مسئله آن است که «مادة محض به خودي خود و با قوانين مکانيکي، خود را به گونه‌اي شکل مي‌دهد که حيات از طبيعتِ آنچه بي‌جان است، برخيزد يا خود به خود شکلي غايتمند و خودپا پيدا مي‌کند.» در مقالة حاضر ديدگاه‌هاي بسيار کلي را بيان کردم، اما ساخت الگو‌هاي عيني که نحوة ايجاد چنين نظام‌هايي را تبيين کنند، بسيار دشوار است. چنين پژوهش‌هايي در مراحل آغازين خود هستند و بايد فرايندهاي خودتنظيم و خودسازمان را در سيستم‌هاي چندسطحي مد نظر قرار دهند که در مقياس‌هاي چندگانة مکاني و فيزيکي عمل مي‌کنند و بر پاية آن ها (چنانکه فونتانا و باس تأکيد کرده‌اند) ساختار دروني و ويژگي‌هاي عناصر مؤلفه‌اي خودشان در برابر ديناميک سيستم واکنش نشان مي‌دهند.  در هر حال، به نظر مي‌رسد وضعيت چنين پژوهش‌هايي اکنون به حدي روشن است که خوش‌بيني نسبي را مي‌توان از آن ها برداشت کرد. مسائلي مثل اينکه چنين الگو‌هايي چه نوع تبييني ارائه مي‌دهند و آيا چنين تببيني در محدودة توانايي‌هاي شناختي انسان است يا نيازمند تکيه بر رايانه‌هايي است که بسيار بهتر از ما توانايي پرداختن به چنين پيچيدگي‌هايي را دارند، همچنان پيش روي ما قرار دارند. به هر حال، ممکن است در نهايت، اگر در تقليل تبيين‌هاي زيستي به تبيين‌هاي فيزيکي و شيميايي موفق شويم، باز هم مشخص شود که نظر کانت دربارة رابطة بين اين تبيين‌ها و قوة حکم انسان صحيح بوده‌است.

دربارة مقالة جان دوپره
چنانکه انتظار داشتم، چندان تفاوتي بين ديدگاه جان دوپره و ديدگاه من وجود ندارد، اما چند نکته وجود دارد که اختلاف نظر را نشان مي‌دهد. نخست آنکه برداشت او از بحث دربارة شکل‌گيري ضعيف را نمي‌پذيرم؛ بلکه معتقدم اين تعاملات ميان اجزا- و نه رفتار آنها- است که (صرف نظر از ورودي تصادفي) رفتار کل را تعيين مي‌کند. در پاراگراف بعد، او به «ويژگي‌هاي اجزا» اشاره مي‌کند، اما از نظر من، لازم است ميان تعاملات، رفتار و ويژگي‌ها به خصوص در ساخت مدل سيستم‌هاي پيچيده تمايز قائل شويم.  دوم اينکه، اصطلاح «عليت از بالا به پايين» که مورد استفادة هر دوي ماست، احتمالاً نيازمند توضيح است. من از اين اصطلاح براي اشاره به طيف وسيعي از تأثيراتي که ويژگي‌هاي عام و جهاني بر اجزا دارند، استفاده مي‌کنم و اين مسئله نه تنها شامل فعاليت‌شان (در مورد ژن‌ها) بلکه خودِ هويت‌شان هم مي‌شود. مثلاً ويژگي‌هاي سلولي دست کم تا حدي با رونويسي دي‌ان‌اي تعيين مي‌شود، اما ويژگي‌هاي سلولي هم به نوبة خود زنجيره‌هايي را که قرار است رونويسي شوند و همچنين ترکيب و ترتيب آن ها را تعيين مي‌کنند. در واقع، خودِ تعريفِ اينکه ژن چيست، به ويژگي‌هاي سلولي که دي‌ان‌اي در آن مستقر است، بستگي دارد.  بالأخره اينکه- و اين احتمالاً مهم‌ترين اختلاف نظر ماست- گمان مي‌کنم تمايزي که دوپره ميان «بافت» و «تعاملات» قائل مي‌شود، چندان موجه نيست يا بهتر است بگويم ساختگي است. مثلاً موافقم که مي‌توان استدلال کرد چاپرون‌ها شامل نوع ديگري از تعامل ميان پروتئين‌ها هستند و اين استدلال مشکلي ندارد. در واقع، به اعتقاد من، آنچه دوپره «بافت» مي‌نامد، در واقع همة عوامل/مولکول‌هاي ديگري هستند که تعامل آن ها با شيء يا نظام مورد نظر هنوز روشن نيست و بنابراين، در توصيف گنجانده نشده‌اند.

منابع
Beatty, J. (1995).The evolutionary contingency thesis. In J. Lennox & G. Wolters (Eds.), Concepts,theories and rationality in the biological sciences (pp. 45–81). Pittsburgh, PA: University ofPittsburgh Press.  //  Bohr, N. (1932/1958).Light and life.In Atomic physics and human knowledge (pp. 3–12). NewYork: John Wiley & Sons, Inc.  //  Bouchard, F. (2004).Evolution, fitness and the struggle for persistence.Ph.D. dissertation, DukeUniversity, Durham, NC.   //  Cartwright, N. (1983). How the laws of physics lie. New York: Oxford University Press.  //  Cohen, A. (2007). A Kantian stance on teleology in biology.South African Journal ofPhilosophy, 26, 109–121.  //  Fontana, W., & Buss, L. (1996). The barrier of objects: From dynamical systems to boundedorganizations. In J. Casti& A. Karlqvist (Eds.), Boundaries and barriers (pp. 56–116). Reading,MA: Addison-Wesley.  //  Kaneko, K. (2006). Life: An introduction to complex systems biology. Berlin: Springer.  //  Kant, I. (1790/1993). Critique of judgment.In Encyclopedia Britannica (Eds.), Great Books,Vol. 42. Chicago: Encyclopedia Britannica.  //  Kant, I. (1987). Critique of judgment (W. Pluhar, Trans.). Indianapolis, IN: Hackett Publishing.  //  Keller, E. (2002). Making sense of life: Explaining biological development with models,metaphors, and machines. Cambridge, MA: Harvard University Press.  //  Lamarck, J. (1809/1984). Philosophical zoology: An exposition with regard to the natural historyof animals. Chicago: University of Chicago Press.  //  Lander, A. (2004).A calculus of purpose.Plos Biology, 2, 712–714.  //  Lenoir, T. (1982).The strategy of life: Teleology and mechanics in nineteenth-century Germanbiology. Chicago: University of Chicago Press.  //  Mayr, E. (1982). The growth of biological thought. Cambridge, MA: Harvard University Press.  //   Millikan, R. (1984). Language, thought, and other biological categories: New foundations forrealism. Cambridge, MA: MIT Press.  //  Mitchell, S. (2000). Dimensions of scientific law.Philosophy of Science, 67, 242–265.  //  Nature Editorial (2005).Nature, 435, 1.  //  Neander, K. (1998). Functions as selected effects. In C. Allen, M. Bekoff, & G. Lauder (Eds.),Nature’s purposes: Analyses of function and design in biology (pp. 313–333). Cambridge,MA: MIT Press.  //  Rashevsky, N. (1934). Physico-mathematical aspects of cellular multiplication and development.Cold Spring Harbor Symposium for Quantitative Biology, 2, 188–198.  //  Rosenberg, A., & Kaplan, D. (2005).How to reconcile physicalism and antireductionism aboutbiology.Philosophy of Science, 72, 43–68.  //  Ruse, M. (2003).Darwin and design: Does evolution have a purpose? Cambridge, MA: HarvardUniversity Press.  //  Smart, J. (1963). Philosophy and scientific realism. London: Routledge.  //  Turner, S. (2007). The tinkerer’s accomplice: How design emerges from life itself. Cambridge,MA: Harvard University Press.  //  Weaver, W. (1948).Science and complexity.American Scientist, 36, 536–544.  //  Wilson, E.B. (1934). Mathematics of growth.Cold Spring Harbor Symposium for QuantitativeBiology, 2, 199–202.  //  Wimsatt, W. (2002).Functional organization, functional inference, and functional analogy.In R. Cummins, A. Ariew, & M. Perlman (Eds.), Functions: New essays in the philosophy ofpsychology and biology (pp. 174–221). Oxford, UK: Oxford University Press.