Szczepan W. Ślaga
Pojęcie i wartość poznawcza
modelowania biologicznego
Studia Philosophiae Christianae 4/1, 97-117
S tu d ia P h ilo so p h ia e C h ristia n a e A TK
4(1968) 1
SZC ZEPA N W. ŚLAGA
P O JĘ C IE I W ARTOŚĆ PO ZNA W CZA M ODELOW ANIA BIOLOGICZNEG O
1. W p row adzenie, 2. P o d sta w y te o re ty c z n e m odelow ania, 3. O rganizm — sy stem żyw y ja k o o ry g in a ł m odelu, 4. C h a ra k te r m odeli biologicznych,
5. W a ru n k i n a u k o w e j użyteczności m o d e lo w an ia w biologii.
1. W prow adzenie
C y b ern ety k a, o kreślona przez N. W ien era jako „ te o ria o ste ro w an iu i łączności w m aszynach i organ izm ach żyw ych” , 1 z a j m u je się in fo rm a c ja m i w a ru n k u ją c y m i stero w an ie (sam oczynne korygow anie) jed n y ch części u k ład u przez inne, p rzy czym p ro cesy stero w an ia są podobne, a n a w e t id en ty czn e w ró żn y ch u k ła dach, energ ety czn y ch, fizycznych, chem icznych, biologicznych. S tą d z założenia w e w szy stk ich działach c y b e rn e ty k i (jak: teo ria m aszyn analogow ych i cyfrow ych, te o ria sa m o reg u lu jący ch się układów , te o ria łączności i in fo rm a c ji itd.) znaleźć m ożna w iele p odobieństw i analogii m iędzy p rocesam i ste ro w a n ia i reg u lacji w m aszy n ach i w żyw ych o ra g n iz m a c h .2
1 W ien er N., C y b e rn e tic s o r co n tro l an d com m u n icatio n in th e a n im a l and th e m a ch in e , N ew Y o rk -P a ris 1948, 27, 33—35.
2 W edług J. L e m a ire ’a cechy c y b e rn e ty k i to: a. złożoność; n ie z a jm u je się ona m e ch a n izm am i p ro sty m i; złożoność p olega ta k n a w ielk iej liczbie elem en tó w sk ła d o w y ch ro z p a try w a n y c h zespołów ja k i n a n ie o g ra niczonej ró żnorodności bodźców z e w n ętrzn y c h ; b. n ie jed n o ro d n o ść ele m en tó w , z k tó ry c h zb u d o w a n e są zespoły b a d a n e ; c. dynam iczność, tzn.
Z agad n ien iam i po dobieństw w sposób szczególny z a jm u je się dział cy b ern ety k i, zw an y m odelow aniem .
M odelow anie jako jed n a z m etod an alizy n au ko w ej — a do tego a sp ek tu ograniczają się niniejsze uw agi — je s t od stro n y m etodologicznej re z u lta te m i w sk aźn ik iem procesu in te g ra c ji n a u k i w spółczesnej, a w biologii w iąże się z p rze n ik an ie m doń m etod n a u k p o krew nych, w· szczególności zaś logiczno — m a tem aty czn y ch . W skazuje tak że n a w zro st roli ek sp ery m en tu w b ad an iach naukow ych.
Z am ierzeniem a u to ra jest przed staw ien ie zasadniczych pojęć w chodzących w zakres m odelow ania biologicznego, zw łaszcza ty p u cybernetycznego i w y o d ręb n ien ie głów nych jego rodzajów , oraz c h a ra k te ry s ty k a m odelow ania od stro n y poznaw czej jako jedn ej z m etod stosow anych w biologii w spółczesnej. Nie po rusza się p rz y ty m in n y ch działów cy b e rn e ty k i, an i też in n y ch aspektów sam ego m odelow ania. S tą d a u to r a rty k u łu , po sc h a ra k te ry z o w a n iu m odelow ania złożonych system ów żyw ych, p o d e jm u je próbę w skazania w artości poznaw czej m odelow ania w biologii poprzez robocze sfo rm uło w an ie k ilk u poza — fo rm a ln y c h p o stu lató w nau k o w ej użyteczności om aw ian ej m etody. P o s tu la ty te m ają, zdan iem piszącego, u strzec przed przy p isy w an iem m odelom ty ch fu n k cji, jak ie są im z n a tu r y obce, o raz określić w łaściw e ich m iejsce pom iędzy ek sp ery m en te m i opisem fak tó w z jedn ej, a h ip otezą czy teo rią z d ru g iej stron y .
2. P o d staw y teo rety czne m odelow ania
O gólnie m odel oznacza u k ła d przedm iotów , zdarzeń lub p ro cesów Uj ro z p a try w a n y zam iast b ard ziej złożonego i n iezb ad a nego u k ład u U2, a dostatecznie podobny, czyli izoform iczny, pod
p rzeb ieg zjaw isk w czasie, gdyż za chow anie zespołów cy b e rn ety c zn y c h je s t fu n k c ją czasu... ! (C y b ern e ty k a — n ow y ty p m y ślen ia, Z n a k 112 (1960) 1147). T a c h a ra k te ry s ty k a w sk a z u je w y ra ź n ie n a m ożliw ość szerokiego sto so w an ia c y b e rn e ty k i w biologii.
ok reślo n y m i w zg lędam i do U2. W n a u k a ch em p iry cznych m ów i się o m odelach teo retyczn y ch , e k sp ery m en ta ln y c h czy d y d a k ty c z nych, w zależności od celu, jak ie m u m odel m a służyć i od za k resu , w jak im je st stosow any. M odelem teo rety czn y m nazy w a się często m odel nom in aln y , zbudow any jako h ip o te ty c z n a k o n s tru k c ja m yślow a, będ ąca uproszczonym obrazem badanego f r a g m en tu rzeczyw istości, o p a rty m n a elim in acji m yślow ej jego cech czy re la c ji n ieisto tn y c h dla danego celu czy n a d a n y m e ta pie b ad ań (za W. Enc. Powsz.). Z ak res doko nyw any ch elim in acji m yślow ych i uproszczeń w y ra ż a ją tzw . w a ru n k i początkow e m o delu, m ające c h a ra k te r idealizacji sta n u faktycznego i w artość h eu ry sty c zn ą 3; p rzy ich założeniu p rze d staw ia się s tr u k tu rę b a danego fra g m e n tu rzeczyw istości i an alizu je praw idłow ości w nich zachodzące. E k sp e ry m e n ta ln y m i nazy w a się m odele rea ln e b a danego u k ład u stw a rz a n e w celu przep ro w ad zen ia e k sp ery m en tów, k tó ry c h w y n ik i odnosi się z d o stateczn y m przybliżeniem do badanego u k ła d u rzeczyw istego.
T ak w ięc jako m odel p rz y jm u je się pew ien stosunkow o p ro s ty u k ła d u z n a n y za dostatecznie podobny (izoform iczny, an alo giczny) pod d an y m w zględem do u k ła d u będącego w łaściw ym p rzed m io tem bad an ia. Isto tn ą rzeczą p rz y tw o rzen iu m odeli i po słu g iw an iu się nim i jest u sta le n ie izom orfizm u i analogii m iędzy u k ład e m m odelow ym a o ry g in ałem bad anym . U stalenie zaś t a kich analogii um ożliw iających opis dw óch układów p rzy pom ocy jed n ej fu n k c ji (m atem aty czn ej, logicznej) doko nuje się n a d ro dze idealizacji, a b stra k cji, m eto d y stopniow ych p rzybliżeń itp. W cy b ern e ty c e m odelow anie oznacza fizyczne (realne, m a terialn e) lu b m yślow e (teoretyczne, sym boliczne) im itow anie rea ln ie istniejącego system u w celu u tw o rze n ia sp ecjaln y ch a n a logii (modeli) o d tw a rz a ją c y c h zasady o rgan izacji i fu n k cjo n ow ania tego s y s te m u 4. D ow olny u k ła d m a te ria ln y jako
3 S ztoff W. A., G noseologiczeskije f u n k c ji m odeli, W opr. fiłos. 1961, n r 12, 55— 56; P rin g le J. W., M odels of m uscle, 'w: M odels an d analogues in biology, C am b rid g e 1960 (Sym p. Soc. E x p tl Biol. XIV), 41·—43, cyt. dalej ja k o MAB.
o,ryginał o d tw a rz a n y je s t jed y n ie fo rm a ln ie p rzez izom or ficzn y z nim m odel, k tó ry w cale nie m u si być, n a w e t w p rzy p a d k u m odelu fizycznego, oglądow ą ko p ią u k ład u n a tu ra ln e g o będącego d lań o ry g ian ełm . O ile m ożna m ó w ić o oglądow ym c h a ra k te rz e m od elu technicznego, np. n e u ro n u jako sch em atu elektry czn eg o im itu jąceg o im p u lsy p ob udzające i e fe k ty h am u jące (m odel do celów dydaktyczn ych ), o ty le już m odel logiczny sieci neuronów , k tó re j elem en tam i są tzw . n e u ro n y fo rm aln e, nie tylko jest dalek i od pełnego odzw iercied le n ia rea ln y ch fu n k c ji n eu ro n ó w i ich w spółdziałania, ale jego oglądow ość o k azu je się umiowna i w zasadzie m in im aln a. W in ny ch jeszcze w ogóle nie w y stęp u je. Z agadn ienie oglądow ości m ożna tu ustaw iać nie ogólnie, a tylk o w p lan ie w spółm ierności do o ry g in ału i ty lk o w ty m k o n k re tn y m o d n ie s ie n iu 5. M odelo w anie, nie będąc p ro sty m k o n stru o w a n ie m i uży tk o w an iem tw o ró w hom om orficznych, choćby zm inim alizow anych, z a stę p u ją cych oryg inał, nie pociąga za sobą z konieczności c h a ra k te ru oglądowego.
M yślow e lu b rzeczyw iste im ito w an ie o ry g in a łu m ożna nazw ać m odelow aniem ty lk o w ted y , g d y słu ży ono celom badaw czym . Uczony, chcąc poznać np. jakieś re a k c je zw ierzęcia, m oże je badać nie ty lk o na b ezpośrednim obiekcie, może też w ty m celu sk o n stru ow ać „sztuczne zw ierzę” , to znaczy stw orzyć z elem en tó w elek tro m ech an iczn y ch a u to m a t z p rocesam i sam o org anizu jący m i się, w y k a z u jąc y pew n e rea k c je analogiczne do rea k c ji zw ierzęcia n atu ra ln e g o . R ów nocześnie z ty m m oże iść w p a rz e d ru g i sposób b ad an ia, nie w y m ag ający k o n stru o w a n ia tech n icz nego m odelu, w k tó ry m w szy stk ie sta n y reag ująceg o u k ła d u o ry ginalnego u jm u je się p rzy pom ocy o p e ra c ji logiczno-m atem a- tycznych, przep ro w ad zan y ch najczęściej przez liczące m aszyny
M oskw a 1965, 153; por. jego a rt. G noseologiczeskije p ro b le m y m o d e liro - w a n ija biołogiczeskich sistem , W opr. fiłos. 1961, n r 2, 40; G eorge F. H., M odels in cy b ern etics, w : MAB, 169, 172— 173.
elek tro n o w e n a p o d staw ie p ro g ra m u zarejestro w an eg o n a spo sób ko d u 6.
To nap ro w ad za n a p ro sty podział m odeli układów , procesów czy zd arzeń n a dw ie g ru p y : fizyczne (m aterialne) i sym boliczne (idealne, m yślow e). Różnice istn iejące m iędzy ty m i ty p a m i m o deli nie w y k lu c z ają tego, że są one ro d zajam i te j sam ej m etod y badaw czej. M odele fizyczne dzieli się na: 1. elek try c z n e (analo gowe, cyfrow e), 2. m echaniczne, 3. elektro niczne, 4. e le k tro chem iczne, 5. pn eu m aty czn e i t d . 7. M odele sym boliczne' (teo re tyczne) dzieli się na logiczne i m atem atyczn e. M odel logiczny odw zo ro w u je zachow anie się i p rocesy ste ro w a n ia u k ła d u fizycz nego p rzez zespół zależności logicznych w y rażo n y ch fu n k c ja m i z d a n io w y m i8.
W m odelu m ate m a ty cz n y m odw zoro w uje się procesy zacho dzące w u k ład a c h p rzez zbiór re la c ji m ate m a ty cz n y c h m ięd zy w ielkościam i. P od w zględem m ate m a ty cz n y m u k ład jako o ry g in a ł i m odel są id en ty czn e czyli w y rażo n e są ró w n an iam i izom orficz ny m i m im o odm ienności ich n a tu r y fizycznej.
W o dróżnieniu od sym bolicznych, m odele fizyczne b ard ziej zbliżają się do kopii oglądow ej u k ład u n a tu ra ln e g o 9. N ajczęściej sto su je się m odele elek try czn e, w k tó ry c h w ielkością podstaw ow ą je s t napięcie elek tryczne. K ażd y w łaściw ie u k ła d ele k try c z n y m oże być u z n a n y za m odel u k ła d u m echanicznego.
6 Ibid., 154; por. A p o stel L., T o w ard s th e fo rm a l s tu d y of m odels in th e n o n fo rm a l sciences, S y n th èse, X II (1960), n 2—3, 162.
7 In n y podział p o d a je B row n R. H., M echanical m odels in biology, w: MAB, 69 n, por. też S tra a s s G., Das M odell in d e r Biologie, U rania 1961/7.
8 N ow ik I. В., G noseologiczeskaja C h a ra k te ristik a k ib e rn e tic z e sk ic h m o deli, W opr. fiłos., 1963, n r 8, 92—94; por. W a rta k J., P an asew ic z J., M ode lo w an ie ja k o m e to d a b ad a n ia w biologii, N a u k a P olska X II I (1965), n r 3, 39. s S ztoff W. A., art. cyt., 56, p o d k re śla zbyt silnie, w p o ró w n a n iu z in n y m i te o re ty k a m i c y b e rn e ty k i — oglądow ość m o d eli fizycznych, k tó re są w y ra ża n e p rz y pom ocy obrazów , ry su n k ó w , sc h em a tó w itp. Sztoffow i, ja k się w y d aje , chodziło tu o m odele dydaktyczne.
3. O rganizm — system żyw y jako o ryginał m odelu
W chodząc w ra m y b io cy b ern ety k i m odelow anie system ów (układów ) żyw ych, a więc im itow an ie pew n ych procesów i czyn ności o rganizm u z pom inięciem innych, p rzy dzisiejszym stanie w iedzy biologicznej okazuje się n iem al koniecznością ze w zględu n a to, że św iat isto t żyw ych je s t szczególnie skom plikow any i p rz y b ad a n iu m usi dokonyw ać się pew n ych uproszczeń i a b s tr a k c ji10. P odobieństw o procesów w u k ład a c h biologicznych i u k ład a c h tech n iczn y ch pozw alające tra k o tw a ć te o statn ie jako m odele czynności organizm u, nie oznacza w cale zró w n an ia ich pod w zględem ja k o śc io w y m n . P rz y obserw acji zachow ania się i rea k c ji organizm ów na bodźce fizyczne i p rzy p o ró w ny w aniu ty ch re a k c ji z p rac ą m aszyn w idać m iędzy n im i ogrom ne ró ż nice w fizycznej n a tu rz e procesów . Toteż w b io cy bernety ce i bio- nice m ów i się nie o adekw atności, a jed y n ie o izoform izm ie. podobieństw ie o c h a ra k te rz e ogólnym , dotyczącym przesy łan ia in fo rm a c ji w obrębie zorganizow anego system u . I w łaśnie d la tego, że m odele o d tw a rz a ją jed y n ie częściow y przebieg p ro cesu ste ro w a n ia i reg u lacji, lub też tylk o pew ne fu n k c je sy ste m u, m ożliw e je s t poznaw anie i b ad an ie pew n ych zjaw isk w ita l n y c h w yizolow anych z ta k skom plikow anej i zróżnicow anej ca łości. I vice versa, m ożliwość k o n stru k c ji m odeli isto t żyw ych sta ła się re a ln a dopiero po w yk azan iu , że isto ty te rzeczyw iście należą do k ateg o rii zorganizow anych system ów o tw a rty c h , d y nam icznych, odznaczających się fu n k cjo n a ln ą w spółzależnością składników , sta łą w y m ian ą m a te rii i en ergii z otoczeniem , m o gących w pew n y ch w a ru n k a ch uzyskać sta n n ie trw a łe j ró w n o w agi dynam icznej, p rz y k tó ry m w łaściw ości sy stem ó w pozostają
10 R o sen b lu e th A., W iener N., T he ro le of m odels in sciences, P h ilosophy
of Sciences, 12 (1945), n 4, 317—320; por. B e am en t J. W., P h y sic a l m odels
in biology, w : MAB, s. 84, 95 n.; F ro ło w I. T., art. cyt;, s. 41.
11 P o le ta je w J. A., Z ag a d n ien ia c y b e rn ety k i, W arszaw a 1961, tłum . K. K u rm a n , 152— 154; W iener N., C y b e rn e ty k a i społeczeństw o, W arszaw a 1960, tłum . O. W ojtasiew icz, 15, 32—34.
stałe z jednoczesnym k o n ty n u o w an iem procesów w y m ia n y 12. E n tro p ia sy stem u o tw arteg o w sta n ie tak iej rów now agi pozostaje s ta ła i w język u c y b e rn ety czn y m oznacza uzyskiw anie info rm acji dla sam oorganizacji sy stem u żywego. U suw anie n a d m ia ru energii w y so k o en tro p ijn ej u zu p e łn ian e jest przez energię niesk o en tro - pijną, lecz o dużej ilości in f o r m a c ji13. D zięki p rzem ian ie m a te rii i energii, asy m ilacji i d y sy m ilacji sy stem y te w swej m orfofizjo- logicznej całości w y k azu ją w zględną niezm ienność, a zarazem rozw ój onto- i filog en ety czny . K ażd y organizm żyw y, n a w e t n a jp ro stsz a kom órka, stanow iąc pew n ą całość, zaw iera w sobie pew ne ele m en ty składow e, różniące się pod w zględem s tr u k tu ra ln y m i fu n k cjo n aln y m . O bserw uje się skom plikow ane oddzia ły w an ie w zajem n e m iędzy środow iskiem zew n ę trz n y m a ty m i częściam i składow ym i, oraz m iędzy poszczególnym i elem entam i. W w y n ik u tego o ddziaływ ania pew ne w ielkości, m ające zasad nicze znaczenie dla życia organizm u, p o d trzy m y w an e są ściśle n a sta ły m poziom ie m im o zm ian zachodzących w środow isku ze w n ętrzn y m .
S tą d specyficzność p rzejaw ó w życia m ający ch c h a ra k te r p r a w idłow y i p o w ta rz a ln y p rzy po m in a praw idłow ości rea k c ji m a szyn i dlatego n azy w a się je często au tom atyzm am i. W idać to szczególnie w rea k c ja c h organicznych poza-św iadom ych, pod trz y m u ją c y ch stałość środow iska w ew n ętrzneg o a pośrednio pod porząd k ow an y ch układ o w i n erw ow em u. Te rea k c je realizo w ane są łącznie z procesam i e n e rg ety czn y m i p rzy sw aja n ia i w y k o rz y sty w an ia su b sta n c ji i en erg ii przez poszczególne n a rz ą d y i u k ład y w organizm ie. F u n k c je tego ty p u m uszą podlegać ścisłej k o o rd y n acji i in te g ra c ji w czasie i p rzestrzen i, a to znów w ym aga łączności i w y m ian y in fo rm a c ji o re a ln y c h stan ach, dokonyw ane
12 Por. B e rta la n ffy L. von, D er O rg a n ism u s als p h y sik a lisc h es S ystem b e tra c h te t, N a tu rw is se n sc h a fte n 28 (1940) 521—531; tegoż a u to ra P ro b le m s of life, N ew Y ork 1960, 125—128, 135 n.; B e am en t J. W., art. cyt. 87, 97. 13 W a rta k J., M etody cy b e rn ety c zn e w biologii i m edycynie, W arszaw a 1966, 45; K acser H., K in etic m odels of d ev e lo p m e n t an d heredity-, w : MAB, a. 16, 19; K lau s G., K y b e rn e tik in p h ilo so p h isch e r S icht, B e rlin 1961, 118 η.
m . i. n a drodze h o rm o n a ln ej i nerw o w ej 14. W ten sposób za w arto ść w org an izm ie w ody, tlen u , soli, cu k ru , d ziałan ie m ięśni, odru chy , rozw ój, tro p izm y , ciśnienie k rw i, te m p e ra tu ra ciała, u trz y m y w a n e są n a sta ły m poziom ie za pom ocą m echanizm ów au to m aty czn y ch , w y k o rz y stu ją cy c h p rzek azy w an ie in fo rm a c ji za p o śred n ictw em p o d rażn ień chem icznych i pobudzeń nerw ow ych, oraz w y k o rz y stu ją cy c h zasadę re g u la c ji zam k n iętej. W ty ch w szystkich procesach d ostrzega się c h a ra k te ry sty c z n e cechy s te ro w an ia p rzy pom ocy sygnałów , gdy p rocesy en erg e ty c z n e o rg a nizm u w y w oły w ane są p rzez bardzo słabe im p u lsy początkow e, nerw ow e czy chem iczne, in ic ju ją c e rozw inięcie się procesu 0 energii w ie lo k ro tn ie przew y ższającej en erg ię sy g n ału s te r u jącego.
S tw ierd zen ie izom orfizm u w zachow aniu się organizm ów ży w ych i w p ra c y m aszyn pozw ala badać nie ty lko p ro ste reakcje, ale i długie łań cu ch y ró żn y ch re a k c ji o rg anizm u tw orzące zło żone u k ła d y reg u lacy jn e. Istn ien ie w organizm ach o rganizacji sy stem ów ze sp rzężeniem z w ro tn y m o raz procesu stero w an ia 1 reg u lacji, analogicznych jak w m aszynach, w y k o rz y stu je się do budow y różnego ty p u m odeli n aśla d u jąc y c h pew n e s tr u k tu ry czy fu n k c je organizm u. P rz y ta k im założeniu m ożna badać i a n a lizow ać sy stem y biologiczne z ta k ą sam ą ścisłością m ate m a ty cz n ą , ja k u k ła d y techniczne.
4. C h a ra k te r m odeli biologicznych
M odelow anie cy b ern ety czn e ty p u ta k fizycznego ja k i sy m bolicznego w ra z z zastosow aniem m ate m a ty cz n e j a p a ra tu r y teo rii in fo rm a c ji i zasad ogólnej teo rii system ów , z n a jd u je obecnie coraz szersze zastosow anie w b a d a n iu s tr u k tu r y i praw idłow ości fu n k cjo n o w a n ia całościow ych, dynam iczn y ch system ów żyw ych. D otyczy to ta k poziom u m olekularn eg o , ja k i kom órkow ego, poziom u tk an ek , narządów , całych o rgan izm ó w i ich zespołów
biocenotycznych, a n a w e t bio sfery jako całości i często określan e b yw a jako m odelow anie system ow e, w odró żn ieniu od m odelo w a n ia w u k ład a c h m a te ria ln y c h m a rtw y c h 15. Stosow ane w bio logii, poza in n y m i, m odelow anie system ow e p o d k reśla specy ficzn y p u n k t w id zenia w ro z p a try w a n iu isto t żyw ych i ich sk ła d ników , tak że elem entó w su b -c e lu la rn y c h (genów, chrom osom ów ) jako p ew nych zorganizow anych całości. P e w n e p ró b y takiego u jęcia zjaw isk życia p rze d staw ił ju ż L. v. B e rta la n ffy w 1940 r. d ając w fo rm ie sym bolicznej obraz zm ian sy ste m u biologicz nego 16. Tu bow iem , podobnie ja k p rzy u k ład a c h technicznych, w ażn y jest opis m ate m a ty cz n y nie ty lk o specyficznej odrębności fu n k cjo n o w an ia sy stem u żywego, ale ró w nież ujęcie m ech aniz m ów d o p ro w ad zający ch do całościowego e fe k tu końcowego. M odel o d tw a rz a zw ykle n iek tó re ty lk o fu n k c je system u żywego i dlatego sy stem ten m oże być m odelow any za pom ocą różny ch u k ład ó w fizycznych, a n a w e t jed n a i ta sam a fu n k c ja może być m odelow ana w ró żn y sposób 17. D zieje się ta k dlatego, że cało ściow y system żyw y m odelow any je s t w te n sposób, że jego n a tu ra w tej o k reślo n ej re la c ji odg ry w a zu pełnie n ieisto tn ą rolę. Chodzi w p ierw szy m rzędzie o podstaw ow e zasady jego fu n k cjon ow an ia, o p ra w a tra n sm isji i p rzek ształceń in fo rm a c ji niezależnie od n a tu r y p rzekaźników . Z ad anie biologa, chcącego zastosow ać m eto d y teo rii łączności do an alizy p rob lem ó w bio logicznych, polega n a tym , by znaleźć analogię sy stem u łączności w e w łaściw ościach m orfologicznych i fizjologicznych sy stem u żywego. T aką analogię skonstatow ano w y raźn ie np. w o dru ch ach w yższych czynności n erw o w y ch zw ierząt i człow ieka/ a m n iej
15 F ro ło w I. T., O czerki m etodologii biologiczeskogo issled o w an ija, 163,. i jego a rt. G noseologiczeskije p ro b lem y m o d e liro w a n ija biołogiczeskich sistem , 47; A m osow N., M o d e liro w a n ije in fo rm a c ji i P ro g ram m w słożnych sistem ach , W opr. filo s. 1963, n r 12, 26—27.
16 B e rta la n ffy L. von, a rt. cyt., por. jego T h e o re tic a l m odels in biology a n d psychology, J o u rn a l of P erso n a lity 1951.
17 W a rta k J., M etody cy b e rn ety c zn e w biologii i m edycynie, 160; A sh b y W. R., W stęp do cy b e rn e ty k i, tłum . z ang., W a rsza w a 1961, 157— 158.
w idocznie w y stę p u je ona w k ażdym organizm ie. W ystarczy w spom nieć np. o d ziałan iu sam o reg u lacy jn y m sy stem u w ielo- enzym ow ego, o h o m eo statyczn y m m echanizm ie oddychania, m e chanizm ie reg u la cji h o rm o n aln ej, m echanizm ie przekazyw ania- in fo rm a c ji genety czn ej itp. A nalogie te w y ra ż a w spom niane sprzężenie zw ro tn e, a w ięc ciągła w y m ian a in fo rm a c ji m iędzy ■układem zarząd zający m a o rg an em w ykonaw czym , w ym iana re a liz u jąc a się w fo rm ie procesu cyklicznego. Id ea sprzężenia zw rotnego w biologii posiada c h a ra k te r pow szechny w odniesieniu nie ty lk o do sy stem u nerw ow ego, ale także do procesów w e w n ątrzk o m ó rk o w y ch i w spółzależności biochem icznych poszcze gólnych s tru k tu r.
Zastosow anie teo rii in fo rm a c ji do b a d ań nad sy stem am i biolo gicznym i i d o k onującym i się w nich procesam i d aje w ięc m ożność tw o rzen ia ró żn o rod n y ch m odeli (sym bolicznych, fizycznych, m atem aty czn y ch , m echanicznych, elek try c z n y c h itp.), w k tó ry ch o d tw a rz a się fu n k c jo n a ln y c h a ra k te r b ad a n y ch zjaw isk. N a j b a rd z iej pod ty m w zględem zaaw ansow ane są m odele fizjolo giczne i psychologiczne im itu ją ce poszczególne czynności sy stem u nerw ow ego; m odele o d ru ch u bezw arunkow ego i w arunkow ego (m echaniczny szczur uczący się, p ercep tro n y ), m odele kan ałów łączności a fe re n tn e j i e fe re n tn e j, m odel stero w an ia m ięśniam i (np. blokow y u k ład stero w an ia m ięśn i antagon istyczn ych), m odel sztuczn ej n e r k i 1S. N iem niej szeroko rozbudow ano teo rię m odeli p rakseologicznych i ekonom icznych (m odelow anie p ro d u k cji m a te ria ln e j, konsum pcji, tra n s p o rtu , p lan o w an ia i spraw ozdaw czości, p o stęp u technicznego itp.).
M niej n a to m ia st dokonano w dziedzinie zastosow ania teo rii in fo rm acji do b ad an ia pro b lem ó w biologicznych n a poziom ie g a tu n k u i populacji, oraz w analizie system ów żyw ych n a po ziom ie kom órkow ym i m o lek u larn y m . Tego ty p u b ad an ia m ają
18 T ay lo r W. K., C o m p u ters and th e n e rv o u s system , w: MAB, 152—168; P a r in W., K ib e rn e tik a w biologii i m edicinie, W opr. filos. 1961, n r 10, 92—104; C hoynow ski M., Z ałożenia c y b e rn e ty k i a za g ad n ien ia biologii, W a rsz a w a 1957, 26—28.
w ielkie znaczenie dla rozw oju biologii m o le k u la rn e j, g e n e ty k i biochem icznej, g e n e ty k i p o p u lacy jn ej i teo rii ew olucji. O dnośnie tej o statn iej podejm ow ano, n a w e t jeszcze przed pow staniem c y b e r n e ty k i19, p ró b y stw o rzen ia teo re ty c z n y c h i ek sp ery m en taln y c h m odeli w alk i o b y t w przyrodzie. Chodzi tu o św iadom e uproszczenie złożonego procesu poprzez elim inację czynników k o m p lik u jący ch jego zachodzenie w n a tu rz e oraz ograniczenie liczby sk ład ający ch się n a ń elem entów . T eo rety czny m m odelem w alk i o b y t są w szelkie p ró b y an alizow ania jej przeb ieg u na drodze np. m ate m a ty cz n e j, po u p rze d n im sp recyzow aniu w a ru n ków u w zg lędnianych. B adan ia tego t y p u 20 d oty czy ły m iędzy in n y m i u k ład ó w pasożyt — żyw iciel, flu k tu a c ji liczebnej pop u lacji ry b, k o n k u ren c ji dw óch g a tu n k ó w np. drożdży, zm ienności środow iska uzależnionej od gęstości p opulacji, k o n k u ren c ji form o o dm iennych niszach ekologicznych itp . K o n stru k c ja uproszczo ny ch m odeli ta k teo rety czn y ch (V o lterra, L otka) ja k i e k sp e ry m en ta ln y c h (Crom bie, E m erson, G àuse, Mail, S alt, S tan ley , P a rk ) pozw ala stw ierdzić w iele praw idłow ości skom plikow anej rzeczyw istości n a p ro sty m stosunkow o m odelu; w odniesieniu do ew olucji p rzez m odelow anie w y k ry to m. i.: zależność w y n ik u w alk i o b y t od w spółczynnika w zro stu po p ulacji i w arto ści o k re ślający ch stopień i łatw ość w y k o rz y sty w an ia przez nią środo w iska; okoliczności, w jak ich w alk a o b y t nie p ro w ad zi do w y tęp ien ia populacji, lecz p rze jaw ia się w e flu k tu a c ja c h liczeb ności; sta n y rów now agi biologicznej i o k reślające je czynniki; zależność in ten sy w ności k o n k u re n c ji od sto p n ia podobieństw a nisz ekologicznych k o n k u ren tó w ; fa k t, że losy k o n k u ren c ji tak pod w zględem ilościow ym jak i jakościow ym m ogą być dla ty ch
19 S tra a s s G., M odell und E rk e n n tn is. Z u r e rk e n n tn isth e o re tis c h e n B e d e u tu n g der M odellm ethode in der Biologie, J e n a 1963, 15—22.
20 P ä ta u K., Das W rig h tsćh e M odell d e r E volution, N a tu rw isse n sc h a fte n , H. 27 (1934) 39; S zm a lh au sen I. I., E w o lu cja w sw ete k ib e rn e tik i, P ro b le m y k ib e rn e tik i, M oskw a 1965, wyp. 13, 195—199; S tra a ss G., M odell und E r k e n n tn is, 49.
sam ych p a rtn e ró w różne zależnie od czynników k o n k u re n c ji i okoliczności jej przeb iegu 21.
Także inne p ro b lem y należące do dziedziny ew olucjonizm u ro z p a tru je się z p u n k tu w idzenia teo rii in fo rm a c ji i sterow ania,· przed staw iając, choć w n iezb y t jeszcze szerokim zakresie, fizyczne i sym boliczne m odele procesu ew olucyjnego. J e s t to bow iem p ro ces sa m o re g u lu jąc y się, w k tó ry m w ro li re g u la to ra w y stę p u je cała biocenoza, zaw ierająca ro z p a try w a n y g a tu n e k czy populację. S przężenie m iędzy biocenozą i ro zw ijającą się p o p u lacją re a liz u je się dw ojako: w p ro stej linii p rzek azy w an ia sygnałów od biocenozy do populacji, o raz od p o p u lacji do biocenozy. B ezpośrednia in fo r m ac ja dziedziczna przenosi się p rze z zygoty od osobników ro d zi cielskich na potom stw o i pod w p ły w em czynników środow isko w y c h . p rzek ształca się w procesie in d y w idu alneg o rozw o ju osóbnika należącego do te j populacji. O d w ro tn a in fo rm a c ja p rz e chodzi za po śred n ictw em osobników d anej p o p u lacji i w y raża się w specyficznych fo rm a ch ich działalności życiow ej w p ły w a jącej n a całość biocenozy, k tó ra p rz e tw a rz a te in fo rm a c je w procesie doboru n a tu ra ln e g o i p rze k a z u je gen otyp o w i zm ie nionego osobnika. P rzeb ieg p o śred ni in fo rm a c ji d ok o n u je się na poziom ie o rganizacji osobnika jako całości, a p rzebieg in fo rm a c ji dziedzicznej — n a poziom ie o rg an izacji w ew n ątrzk o m ó rk o w ej i m o le k u la rn e j 22. R elacje zachodzące m ięd zy u k ład a m i n a ty ch dw óch poziom ach przebieg u p rocesu ew olucji o raz m echanizm y re g u la c y jn e rozw oju filogenetycznego ro z p a tru je się ju ż z p u n k tu w idzen ia c y b e rn e ty k i tw orząc różnego ty p u m odele.
Pow yższe uw id aczn ia zn an y sk ąd in ąd f a k t istn ien ia pow iązań m iędzy teo rią ew olucji a g e n e ty k ą . Otóż n a poziom ie m o lek u la rn y m m ów i się dopiero w łaściw ie o n a ro d zin ach m odelow ania
21 S zm a lh au sen I. I., O snow y ew olucjonnogo p ro ce sa w sw ete k ib e r- n etik i, P ro b le m y k ib e rn e tik i, M oskw a I960, w yp. 4, 125— 127; H u a n t E., B iologie et cy b e rn étiq u e , C ahiers L a ën ec 1954, η. 2, 24—26.
22 F ro ło w I. T., O czerki m etodologii biołogiczeskogo issled o w an ija, 172— 174; S zm a lh au sen I. I., O snow y ew olucjonnogo p ro c e sa w sw ete k ib e r n etik i, 126—129.
s tr u k tu r i m echanizm ów fizykochem icznych dotyczących w spół d zia łan ia białek i kw asów nuklein o w y ch .
W szczególności okazało się, że DNA je s t nosicielem kodu in fo rm a c ji g en ety cznej, o dpow iedzialnym za syn tezę cząstecz kow ą b iałk a i sam o rep ro d u k cję sy stem u żywego. RN A bierze u d z ia ł jako konieczne ogniwo w sy n tezie białek. P rzew ażająca ilość RNA m ieści się w m ito ch o n d riach i ją d e rk u i tu dokonuje się synteza, a n a stę p n ie przejście do cytoplazm y. Szczególna rola p rzy p isy w an a jest niskocząsteczkow em u RNA jądrow em u , k tó ry po o trz y m an iu in fo rm a c ji g en ety czn ej od DNA przechodzi do p lazm y z u z y sk an ą zdolnością w y c h w y ty w a n ia odpow iednich am inokw asów (m odel K o rn b e rg a )23, k tó re p rzek azy w an e są m a k ro m o le k u la rn e m u RNA m ieszczącem u się w chrom osom ach i ta m do k o nuje się ich p o lim ery zacja w łań cu ch p e p ty d o w y z odpow iednią sek w encją zasad azotow ych. W kom órce w y stę p u je co n a jm n ie j trz y ro d zaje RNA. P ierw szy z nich, zw any posłańcem lub przek azicielem — m RN A — o d b iera in fo rm ację g en ety czn ą od DNA o d b ijając się n a n im ja k n a m a try c y i p rze k a zu jąc tę in fo rm ację sp ecjaln y m u tw o ro m cytoplazm y, ry b o somom . R ybosom y są m iejscem sy n tezy w szystkich czynnych w cytoplazm ie białek, k tó ry c h s tr u k tu r a jest określo na przez odpow iedni odcinek DNA. Rybosom y RNA oznacza się sk ró te m rR N A . D zięki m RN A i rR N A zapis g enety czn y jest p rz e tłu m a czony z kodu genetycznego n a gotow y języ k am inokw asów . R ybosom stan o w i m atry cę , n a k tó re j am ino kw asy łączone są w odpow iedniej kolejności w gotow ą cząsteczkę białka. W proces te n w łącza się jeszcze trz e ci rodzaj RNA, przenosiciel cząsteczek am inokw asów — sRNA. K ażd y am inokw as m a w łasn ą odm ianę sRNA. W łaściw ie w syntezie b iałk a bierze ud ział nie jed en ry b o som, lecz ich połączenie (n aw et do ok. 50 rybosom ów ) zw ane ergo- lub polisom am i. W arto w spom nieć, że o sta tn io p rz e d sta w iono fizykochem iczny m odel sek w en cji zasad sRNA s y r e n y 24.
23 K o rn b e rg A., B iosynthesis of nu cleic acids, w : B iophysical sciences — a stu d y p ro g ra m m , N ew Y ork 1960, 200—209.
B iosynteza białk a, ro la DNA i RNA w ty m procesie, oraz sposoby łączenia się ty ch elem en tó w w n u k leo ty d y z n a jd u ją się dziś w c e n tru m zain tereso w ań badaczy ze w zględu n a ich rolę jako elem en tó w m o le k u la rn y c h i k o n tro lu ją c y c h w szystk ie procesy' en erg ety czno -d yn am iczne system u żywego. W ty m zakresie o ry g in aln ą z p u n k tu cybern ety czn eg o p racę p rz e d sta w ił J. W a rtak n a te m a t m ec h a n iz m u re g u la c ji m etab olizm u k o m ó rki b a k te ry jn e j 25. O siąganie przez b a k te rię stałości środow iska w e w n ę trz nego w procesach m etab o liczny ch k atalizo w an y ch przez sy stem y w ieloenzym ow e w y ja śn ia W a rtak działan iem w ielu u jem n y c h sprzężeń z w ro tn y ch w y rażo n y ch w m odelu sam o reg u lacji a k ty w ności en zym aty cznej (m odel zw ro tn ie ham ow anego enzym u, m o del h am o w an ia ak ty w n o ści enzym u p rzez p ro d u k t końcow y) o raz w m odelu re g u la c ji sy n tezy enzym ów b a k te ry jn y c h (m echanizm indukcji enzym aty czn ej, m odel ste ro w a n ia re p re s ją en zym a tyczną przez g eny reg u la to ro w e itp.). Poza ty m np. M ac-N ichol sk o n stru o w ał m odel sy stem u łań cu cho w y ch re a k c ji b im o lek u la r- ny ch za pom ocą analogow ej m aszyny liczącej (k om putera), a C hance ·— m odel p rzenoszenia elek tro n ó w w sy stem ach biolo gicznych (c y to c h ro m y )26.
R e z u lta ty m odelow ania cy b ern ety czn eg o s tr u k tu r i procesów m o lek u la rn o -g e n e ty cz n y c h są zatem w ielce obiecujące, a stoso w anie w biologii teo rii in fo rm acji i k o n s tru k c ja m odeli przy czy nia się do głębszego p oznania bu d o w y i m echanizm ów fizykochem icz ny ch ak ty w n o ści św ia ta kom órkow ego i podkom órkow ego.
5. W aru n k i nau k o w ej użyteczhości m odelow ania w biologii P ozostaje do p rzed staw ien ia ocena w arto ści poznaw czej i n a ukow ej użyteczności ró żn y ch ty p ó w m odeli w biologii, a w
szcze-s tr u c tu re of m acrom oleculeszcze-s, Cold S p rin g H arbor S y m p . Q uant. Biol.. 28 (1963), tłu m . ros., M oskw a 1966, 106—127.
25 W a rta k J., M echanizm y re g u la c ji m etab o lizm u b a k te rii, P o stęp y
m ik r o b . 3 (1964), n r 3, 371—380.
26 M acN iehol E. F., A n an alo g co m p u ter to sim ila te sy stem s of coupled b im o lec u lar rea ctio n s, tłu m . ros., w : E le k tro n ik a i k ib e rn e tik a w biologii i m edicinie, M oskw a 1963, 11—23; C hance В., E le ctro n tr a n f e r in biological, sy stem s, tam że, 24—70.
gólności p ro b lem u in te rp re ta c ji m o d eli c y b e rn ety czn y ch oraz sto su n k u m odelu do teorii.
M odele ta k teoretyczn o -sy m b o liczn e ja k i re a ln e (fizyczne) w p ro w adza się do biologii ze w zględu n a ich p rzy d atn o ść p rzy budo w aniu teo rii nau kow ej, a w ięc ze w zględu n a w a lo ry p o znaw cze, inw en cy jn e, h eu ry sty czn e. Z ak ład a się, że m odel, jako stosunkow o p ro sty i izom orficzny w sto su n k u do o ry g in a łu uk ład , w pew ien sposób u ła tw i poznanie u k ład u n a tu ra ln e g o , sy stem u żywego. Z pom ocą m odelu m ożna ab strah o w ać od n ieisto tn y c h w łaściw ości danego system u, a w ydzielić określo ne w łaściw ości i badać je n iejako w czystej postaci, co u sp ra w n ia w znacznej m ierze bad an ie nau k o w e przez rozłożenie skom plikow anego z ja w iska niedostępnego dla b ezpośredniej analizy; u ła tw ia także p rak ty c zn e w y k o rzy sty w an ie procesów stero w an ia i reg u la cji zachodzących w sy stem ach biologicznych.
P rz y b ad a n iu procesów biologicznych w m odelu m ożna zm ie niać różne w arto ści p a ra m e tró w i w ty m sensie m odelow anie, n a w e t sym boliczne, k rzy ż u je się n iejak o z ek sp ery m en tem . P r o cedu ra tego ty p u um ożliw ia w e ry fik a c ję różny ch hipotez sta w ia n y ch w celu w y ja śn ie n ia danego procesu lub też k o n stru k c ję now ych koncepcji m o lek u larn y ch , fizjologicznych, psychologicz nych, ew o lu cyjny ch itp. Z atem m odele biologiczne p o zw alają nie tylko lepiej zrozum ieć różne p rz e ja w y działalności życiow ej organizm u, ale także k o n stru o w ać m echanizm y (m aszyny) w y k o n u jące fu n k cje np. p rzy sto so w an ia do otoczenia, uczenia się itp., a więc im itu jące zachow anie się organizm u.
W ynika stąd, że opracow anie teoretyczn o -sym bo liczny ch i r e a l ny ch m odeli różnoro d n y ch procesów biologicznych sta n o w i już o d ręb n ą m etodę b ad an ia 27, u ła tw ia ją c ą ilościow e ujęcie s tr u k tu ry i fu n k cji sk om plikow anych system ów o rganicznych łącznie z za chow aniem się człow ieka i zw ierząt i w te n sposób przy czyn ia się do u zu p ełn ien ia naszej w iedzy o zjaw iskach życiow ych.
P o w sta je p y tan ie, czy te n iew ątp liw e re z u lta ty m odelow ania
21 S tra a s s G., M odell und E rk e n n tn is, 89—98; por. F ro ło w I. T., O czerki m etodologii biołogiczeskogo issled o w an ija, 175, 180.
cyb ern ety czneg o system ów żyw ych m ają w a rto ść ab so lu tn ą i u p o w ażn iają do stosow ania w biologii bez zastrzeżeń o m aw ianej m eto d y badaw czej. N iestety, nie. W odpow iedzi n e g a ty w n ej na to p y ta n ie pod an e zostan ą p ró b n e sfo rm u ło w an ia k ilk u tw ierd zeń w postaci p o stu lató w (poza-form alnych), m ogących — zdaniem piszącego — zapew nić w łaściw ą ocenę w a rto śc i poznaw czej oraz w łaściw y sposób stosow ania m odeli jak o śro d k a w b a d a n iu z ja w isk życiow ych. T w ierd zen ia te z a w iera ją się w n a stę p u jąc y c h p u n k ta c h :
P. 1. M odelowanie w biologii nie ogranicza się do roli opisu i demonstracji, lecz spełnia ta kże f u n k c j ę wyjaśniającą, j a k każda inna m etod a bio log iczn a28.
W o dróżnieniu jed n a k od in n y ch m eto d w y ja śn ia n ie m odelow e nie posiada c h a ra k te ru bezpośredniego, tzn. odnosi się do u k ład u lu b przed m io tu m odelow anego, a nie do sam ego m odelu, k tó ry jed y n ie n a zup ełn ie in n ej płaszczyźnie m ógłby stanow ić p rze d m io t w y ja śn ie n ia. J e s t to zatem w y ja śn ie n ie w aru n k o w e, kw asi- -eksp lik acja; ta k i zaś jego c h a ra k te r w y n ik a z fa k tu um ow nej ad ekw atn o ści m odelu w zględem o ry g in ału . Mimo te zastrzeżenia m eto da m odelow ania biologicznego ze sw ym c h a ra k te r kw asi- -w y ja śn ia ją c y m o dg ry w a dużą ro lę heury styczno p oznaw czą dla
28 M eyer H., w a rt. On th e h e u ristic v a lu e of sc ien tific m odels, P h ilo
so p h y o f science 18 (1951) n r 2, 116 n. uw aża, że m odele, zw łaszcza logiczno-
-m a te m a ty c z n e , p oprzez ró w n a n ia , nie d a ją o brazu tego, ja k w rzeczy w istości p rz y ro d a działa, n iezależn ie od naszego b a d a n ia ; a podobnie H u tte n E. H., T he ro le of m odels in physics, T h e B rit. J. fo r th e Philos,
o f S cience 4 (1954), n 16, 289 u trz y m u je zbyt sk ra jn ie , że fu n k c ja m odelu
sp ro w ad za się do ro li m e tafo ry . P or. też B lack M., M odels a n d m e ta p h o rs, N ew Y ork 1962. P rz ec iw ta k ie m u u jęciu w y s tę p u je N ow ik I. В., a rt. cyt., 101 tw ierd ząc, że sa m e zależności fu n k c jo n a ln e są o b ie k ty w n y m w y ra żeniem isto ty p rze d m io tu , n a w e t gdy nie zn am y m e ch a n izm u czy p rz y czyn ty c h zw iązków , ja k ie is tn ie ją n iezależn ie od p o d m io tu i m ogą być u jm o w a n e w m odelu.
późniejszego, już w ram a ch teorii, fo rm u ło w an ia poglądów ade k w a tn y c h i hom ologicznych n a b a d a n y przed m io t lu b p r o c e s 29.
P. 2. M odelowaniu biologicznemu nie n a leży p r zyp isy w a ć cha
r a k te r u u n iw ersa lnej m e to d y b a d a w c z e j 30.
Za w p row adzeniem tego p o stu la tu p rze m aw ia ją m iędzy inny m i dw ie racje: a) sy stem y żywe fu n k c jo n u ją poprzez o trzy m y w an ie in fo rm acji nie ty lk o ze środow iska abiotycznego, ale także od inny ch system ów żyw ych; a m iędzy jed n y m i a d ru g im i istn ieją sprzężenia i w spółzależności; b) żyw e sy ste m y biologiczne jako s k u te k d łu g o trw a łej ew olucji p o siad ają in fo rm a c ję o h isto ry cz nym rozw oju gatu nk ó w , do k tó ry c h k ażdy z nich należy; a m o dele cząstkow e p ew n ych w łaściw ości h isto ry czn y ch organizm u, o k tó ry c h w spom niano, nie um ożliw ią całościowego u jęc ia skom p lik o w an ych procesów ew olucyjnych. Z ty c h i in n y ch ra c ji w y n ik a ją ograniczenia w m odelow aniu i konieczność stosow ania pom ocniczych m etod, zwłaszcza h istoryczno-porów naw czych.
29 G liń sk i B. A., G riaz n o w B., D ynin B. S., N ik itin E. P ., M o delirow anie к а к m eto d naucznogo issled o w an ija (G noseologiczeskij analiz), M oskw a 1965 , 173 n. W edług ty c h a u to ró w p ro ces w y ja ś n ia n ia m odelow ego z w ią zany z ogólną s tr u k tu r ą sam ego m odelow ania, p rze b ieg a po p rzez n a s tę p u ją c e etap y : 1. w yznaczenie o b ie k tu do w y ja ś n ia n ia , 2. w y b ó r m odelu, 3. w y ja ś n ia n ie im ita to ra w te rm in a c h p ra w czy te o rii jego w łasn ej dzie dziny p rze d m io to w ej, 4. p rz e w id y w a n ia m odelow e (pew nych re la c ji i de te rm in a c ji); 5. w y ja ś n ie n ie ob iek tu (d ed u k cy jn ie, z analogii), 6. p rz e k sz ta ł cenie w y ja ś n ia n ia m odelow ego w e w ła śc iw ą te o rię o ry g in ału (s. 184— 187). P or. też J u n g F., D ie e rk e n n tn is th e o re tis c h e B e d eu tu n g von M odellen in Biologie u n d M edizin, w : A rz t un d P hilosophie, B e rlin 1961; S tac h o w iak H., Ü ber k au sale , k o n d itio n a le u n d s tr u k tu r e lle E rk läru n g sm o d e lle , P h ilo
sophia n a tu ra lis, 4 (1957) 4.
30 F ro ło w I. T., a rt. cyt., 49; N ow ik I. В., M o d e liro w a n ije słożnych sistem ,
M oskw a 1965,186 η .,204; tegoż G noseologiczeskaja C h a ra k te ristik a k ib e rn e - ticzeskich m odelei, 101—102.
P. 3. W m etodzie modelowania niedozwolone jest m echaniczne
przenoszenie zasad obowiązujących w j e d n y m układzie —
m odelu, na drugi u k ła d — oryginał, ani t y m bardziej p r z e
noszenie zasad jednego rodzaju m o d e lu na inny.
Na p rzy k ła d zasad obow iązujących w m odelu fizycznym nie m ożna przenosić n a m odel logiczny lub m atem aty czn y , pozba w iony całkow icie c h a ra k te ru oglądowego. To bow iem prow adzi najczęściej do niejednoznaczności w yników . To, co dotyczy np. tylk o m odelu elektrycznego, nie może rozciągać się n a m odele sym boliczne. Podobnie pew ne w łaściw ości p rzy ro d y nieożyw io nej, poddaw ane m odelow aniu, nie stan o w ią p ro sty ch składników żywego u stro ju , ale są w eń w łączone organicznie, stą d m odel biologiczny m usi uw zględnić specyfikę takiego „w cielenia” ele m entów m artw y c h do organizm ów 31. W ty m w y p ad k u bowiem m odele dotyczą różnych poziom ów org anizacji m aterii.
V
P. 4. Model biologiczny, w z w ią z k u z P. 1 i 2, nie utożsamia
się z teorią, a jego użyteczność n a u k o w a opiera się na ty m , że jest jed y n ie śro d kiem do sform ułow ania t e o r i i 32, lub co n a jw y ż e j szczególnego t y p u hipotezą (tzw. modelową).
W przeciw ień stw ie do teorii, w k tó re j jednostkow e p raw a, z a s a d y . i hipotezy w y ra ż ają pew ne uproszczenie sta n u faktycznego, m o del cy b ern ety czn y re p re z e n tu je znacznie d alej posu nięte u p ro sz czenie. Różnicę w ięc m iędzy teo rią a m odelem odzw ierciedla - m. i. stopień uproszczenia i re la ty w n a odpow iedniość m odelu w zględem im itow anego p rzed m io tu. W edług S ztoffa jed n a z gno- zeologicznych fu n k c ji m odelu polega na ty m , że jest on ogniw em p o śred n im m iędzy teo rią i ogólnie m yślen iem teo rety czn o -ab - stra k c y jn y m , a rea ln y m i zjaw iskam i (o czym niżej) i w tym
31 F ro ło w I. T., O czerki m etodologii biołogiczeskogo issleg o w an ija, 179. 32 Z in o w iew A., R ew zin J., Ł o giczeskaja m odel к а к sred stw o naucznogo issled o w an ija, W opr. fiłos., 1960, n r 1, 83; F ro ło w I. T., a rt. cyt., 41, S tra a ss G., M odell un d E rk e n n tn is , s. 98—101, 117— 118.
aspekcie tru d n o w yznaczyć w y ra ź n ą g ran icę m iędzy m odelem , zw łaszcza idealnym , a t e o r i ą 33.
P. 5. O trzym a n a p r z e z modelow anie wiedza jest c z y m ś w z g lę d n y m wobec badanego p r z e d m io tu i m u s i być po w tórn ie z w e r y fik o w a n a drogą interpretacji, choćby m y ś lo w e j, w a r u n k u ją c e j praw idłow ą ekstrapolację poznania z m o d e lu na o biekt ż y w y .
In te rp re ta c ja ta k a w y m aga najczęściej p rzep ro w ad zen ia odpo w iednich ek sp ery m en tó w bezpośrednio n a ory g in ale m odelu, lub p oró w nan ia z p o w stałą n a g ru n cie dośw iadczenia teo rią 34. W in te rp re ta c ji teo rety czn ej b ierze się pod ocenę bądź sam ą rela cję m odel — o ryginał, nie bezpośrednią, lecz zaznaczoną szeregiem stopni, etap ó w i ogniw (od m odelu do ory gin ału), bądź do konuje się k o re k tu ry w y n ik ó w u zy sk an y ch przez m odel jakiegoś ro d zaju w zastosow aniu do innego przedm io tu .
Z atem ro la poznaw cza m od elo w an ia w biologii w y ra ż a się w jego c h a ra k te rz e h e u ry sty c zn o -in w e n cy jn y m i jako sposób badania, m usi być u zu p ełn ian e przez inne m eto d y biologiczne. To u zup ełn ien ie w skaże, n a ile m odel o d zw ierciedla s tr u k tu r y i zw iązki fu n k cjo n a ln e m iędzy zjaw isk am i w system ie lub w jego sto su n k u do środow iska i w ów czas m odel sp ełn ia rolę in te r p re tac ji dla teorii, czyli pozw ala niejak o p rzerzu cić pom ost pom iędzy teo rią a zjaw isk am i r e a ln y m i35. T en pom ost je s t zresztą re la c ją
33 S ztoff W. A., a rt. cyt., 62; por. D än z er H., D ie R olle des M odells und des b ild h a fte s D enken in d er n a tu rw iss e n tlic h e n F o rsch u n g , P h y sik a lisc h e
B lä tte r, 16 (1960), H. 16, 307—309.
34 N ow ik I. B., M od eliro w an ie słożnych sistem , 42, 217 n., Is tn ie je ta k ż e e k sp e ry m e n to w a n ie m odelow e (cz. n a m odelach) nieco ró żn e od in n y c h ek sp erÿ m en tô w . W y stę p u ją w nim szczególne o p era cje : 1. p rz e jśc ie od o b ie k tu o ry g in aln eg o do m o d e lu — b u d o w an ie m o d elu — cz. m o d elo w a n ie w ścisłym sensie, 2. e k s p e ry m e n ta ln e b a d a n ie utw orzonego m odelu, 3. p rze jście od m odelu do n a tu ra ln e g o o b iek tu , za sa d zając e się n a p rz e n ie sie n iu dan y ch u zy sk an y ch n a m odelu, n a te n o b ie k t (Sztoff W. A., Ob o so b ien n o stiach m odelnogo e k sp e rim e n ta , W o p ro sy filos., 1963, n r 9, 43.
dw u k ieru n k o w ą: a) m odel w y stę p u je jako część składow a po w sta ją c ej z fa k tó w i e k sp e ry m e n tu now ej teo rii lub hipotezy; m oże tu służyć jak o in te rp re ta c ja b ad a n y ch faktó w ; b) w k ie ru n k u o d w ro tn y m , od teo rii ku zjaw iskom , m odel sp ełn ia rolę in te rp re ta c ji teo rii przez w skazan ie n a istn ien ie ob iektó w opisy w an y ch przez teo rię ak sjo m aty czn ą lub przez u k azan ie sensu fizycznego teorii.
Pow yższe rozw ażan ia w okół m odelow ania jako stosow anej w biologii m eto d y pro w ad zą do ogólnego w niosku, iż w y jaśn ian ie m odelow e m a m iejsce w ted y , gdy danego p rzed m io tu lub z ja w iska nie m ożna w y jaśnić z b ra k u p ra w czy teo rii w łaściw ych te j dziedzinie p rzedm iotów lub zjaw isk. I w ty m — ja k się w y ra ż a G liński i w sp ó łau to rzy 36 —■ tk w i siła i słabość w y ja śn ia n ia m odelow ego. S iła — dlatego, iż pozw ala w y jaśn ić o b iek t jeszcze p rzed ufo rm o w an iem teo rii o nim ; a słabość —■ że w y ja śn ia n ie ta k ie nosi na sobie c h a ra k te r roboczy, p rób n y, przew id ujący.
LA VALEUR S C IE N T IFIQ U E DES M ODÈLES EN B IO L O G IE
t
L e p ré s e n t a rtic le est consacré à l’an a ly se m é thodologique du m odelage cy b e rn é tiq u e en biologie. D ans la p re m iè re p a rtie on a d éfin i la notio n du m odelage com m e im ita tio n p h y siq u e ou th é o ré tiq u e du sy stèm e qui ex iste ré e lle m e n t en v u e de l’é ta b lisse m e n t des analogies spéciales (m o dèles) r e c re a n t les p rin cip e la c a ra c tè re et de fo n c tio n n e m e n t d u d it systèm e. Ce q u i p ré s e n te le c a ra c tè re essen tiel du m odèle c’est son iso m o rfic ité p a r r a p p o rt à l ’original.
A p rè s av o ir c a ra c té risé le sy stèm e biologique v iv a n t com m e orig i n a l du m odèle on a ré c e m e n t p ré se n té les r é s u lta ts d an s le dom aine d’ap p lic a tio n des m odèles c y b e rn étiq u e s à l ’ex a m e n des s tru c tu re s et fo n c tio n s dans le n iv e a u m o lé cu laire, c e llu laire, dans le n iv e a u de l ’org an ism e et de la biocènose.. On a p ré se n té p a rtic u liè re m e n t q u elq u es m odèles de l’évolu tio n , p a r exem ple, la lu tte p o u r la co n serv atio n de la vie, de la concurence, de la flu c tu a tio n d an s les p o p u la tio n s, des é ta ts d’e q u ilib re biologique etc. A ussi b ie n dans les ex a m e n s g én é tiq u e s on in tro d u it de p lu s en p lu s la m é th o d e du m odelage.
D ans la seconde p a r tie l’a u te u r a essayé d’a p p ré c ie r la v a le u r de co n n a issa n ce et d’u tilité sc ien tifiq u e de la m é th o d e du m odelage en biologie, aussi qu ’il a ex a m in é le p ro b lèm e d ’ in te rp re ta tio n de m odèle. Les r é s u lta ts de c e tte p a r tie ont été fo rm és d an s les p o stu la ts su iv a n ts;
1. L e m odelage en biologie n ’e s t p as b o rn é e à un seu l rô le d e s c rip tif et d é m o n stra tif, m ais il p r é s e n te au ssi u n e fo n ctio n e x p lic a tiv e com m e to u te a u tre m é th o d e biologique; le c a ra c tè re q u asi — e x p lic a tif de m o delage jo u e un rô le h e u ristic -sc ie n tifiq u e bien im p o rta n t.
2. T outefois le m odelage biologique ne p e u t p as p o r te r le c a ra c tè re de la m é th o d e sc ien tifiq u e u n iv e rse lle ; il doit ê tre em ployé au m êm e titr e avec d’a u tre s m éth o d es;
3. L ’ap p lic a tio n m é c a n iq u e des p rin c ip e s em ployés d an s un ty p e des m odèles su r d’a u tre s — nous am èn e à des d iffé re n ts ré s u lta ts ;
4. L e m odèle biologique n ’est id e n tiq u e à la th é o rie, m ais il fo rm e un m oyen à l’é ta b lisse m e n t de la th é o rie ; il joue u n rô le d’u n e c h a în e in te rm é d ia ire e n tre les ph én o m èn es et la conception th é o ré tiq u e , a b s tra ite ;
5. L a co n n a issa n ce acquise p a r le m odelage d o it-ê tre in te rp ré té e d’u n e façon a d e q u a te p o u r rec ev o ir d e n o u v elles données su r l’o b je t v iv a n t, exam iné. L e m odèle p e u t ê tre jo u e r u n rô le d’in te r p ré ta tio n p o u r la th é o rie de ce p h én o m èn e vital.
