Чем гипотезы и теории отличаются от доказанных фактов

Сначала давайте уточним, что такое «доказательство». Только в математике можно доказать что-либо (например, теорему) абсолютно строго. Такие математически строгие и неопровержимые доказательства по-английски называются «proof». Биология — естественная наука, и поэтому в ней используются доказательства другого типа, которые соответствуют английскому слову «evidence» — «свидетельство в пользу». Мы собираем факты, потом выдвигаем гипотезу для их объяснения. Из этой гипотезы выводятся проверяемые следствия. После этого начинается самое главное — поиск новых фактов, которые позволяют эти предсказанные следствия проверить (либо подтвердить, либо опровергнуть). Полученные результаты позволяют оценить степень достоверности гипотезы. Чем больше подобных проверок выдержала гипотеза, тем ниже вероятность ее ошибочности. Разумеется, в ходе проверок в исходную гипотезу могут вноситься дополнения и уточнения. Постепенно, по мере накопления доказательств, вероятность ошибочности гипотезы снижается настолько, что ее перестают называть гипотезой и начинают называть теорией. Между гипотезой и теорией нет четкой грани: это постепенный переход. Если в дальнейшем суммарная «убедительность» собранных доказательств теории (свидетельств в ее пользу) вырастает настолько, что у компетентных ученых просто не остается причин сомневаться в ее справедливости, естественно-научную теорию начинают рассматривать как доказанную истину (доказанный факт).

Не только биология, но и другие естественные науки основаны преимущественно как раз на таких фактах, которые когда-то были просто гипотезами, потом стали теориями, а потом были признаны доказанными фактами. Например, биологическая эволюция до выхода в свет книги Дарвина «Происхождение видов» (1859) была скорее гипотезой, чем теорией. Дарвин сделал из нее хорошо обоснованную теорию. Кстати, всем, кто сомневается в реальности биологической эволюции, нужно обязательно прочесть эту книгу (русский перевод здесь). Если уж вы хотите возражать против научной теории, ознакомьтесь сначала с основными, самыми очевидными свидетельствами в ее пользу, которые были доступны еще в XIX веке.

Совершенно несостоятельны возражения против естественнонаучных гипотез и теорий, строящиеся по принципу «этого никто никогда не видел, следовательно, это не доказано». Очень многие научные истины (доказанные факты) недоступны непосредственному наблюдению. Например, никто никогда не видел ядро атома кислорода и не мог подсчитать в нем протоны, чтобы убедиться, что их там именно восемь, а не семь или тринадцать с половиной. Однако в ядре атома кислорода действительно ровно восемь протонов. Из этого обстоятельства вытекает много проверяемых следствий, все они подтверждены результатами экспериментов, поэтому ученые обоснованно считают наличие восьми протонов в ядре атома кислорода не гипотезой, не теорией, а доказанным фактом. Сомневаться в этом глупо и, главное, непрактично: если вы начнете планировать эксперименты или какие-нибудь технологические процессы, исходя из предположения об ином числе протонов в атоме кислорода, вас ждут большие разочарования. Биологическая эволюция является доказанным фактом в точно таком же смысле.

Со времен Дарвина ученые нашли много новых свидетельств в пользу биологической эволюции. Примерно начиная с 30-х годов XX века, когда развитие генетики позволило ответить на важнейшие вопросы, оставленные Дарвином без ответа, мировое научное сообщество стало считать эволюцию доказанным фактом (конечно, такая периодизация не является общепризнанной — но мы думаем, что многие биологи с ней согласятся). Однако из-за многозначности слова «теория» сохранилось в науке и такое понятие, как «теория эволюции». Это вовсе не значит, что эволюция — «всего лишь теория». То, что биологическая эволюция реально происходила и происходит на нашей планете — это факт, но для объяснения этого факта, для объяснения путей и механизмов эволюции, для понимания деталей этого процесса существует — и постоянно развивается и совершенствуется — большая и сложная совокупность научных представлений (сюда входят и гипотезы, и теории, и факты), которую называют «теорией эволюции» или «эволюционной теорией». Называть современную теорию эволюции «дарвинизмом» или «теорией Дарвина» — это плохая идея, потому что биологическая наука уже очень далеко продвинулась в понимании эволюции по сравнению с исходной теорией Дарвина (см.: А.Куприянов, 2009. «Дарвин: пора прощаться»). Сегодня только противники эволюции (антиэволюционисты) сознательно называют эволюционную теорию «теорией Дарвина» (а журналисты часто делают это по невежеству). Это обычный риторический прием, при помощи которого антиэволюционисты пытаются принизить эволюционную теорию, сведя ее к идеям одного-единственного ученого. Не будем ловиться на такие дешевые трюки.

Любая научная гипотеза обязана иметь проверяемые следствия. Если из гипотезы нельзя вывести никаких проверяемых следствий, то это гипотеза просто-напросто не является научной (по определению). С точки зрения науки и здравого смысла, это даже не гипотеза, а пустая болтовня, произвольная фантазия. Хороший пример такой «гипотезы» — знаменитый чайник Бертрана Рассела. Из эволюции вытекает огромное количество проверяемых следствий, проверка которых и стала главным источником доказательств эволюции. Противостоящая эволюции точка зрения — антиэволюционизм — позволяет вывести какие-либо проверяемые следствия только в том случае, если ее хоть как-то конкретизировать. Например, если кто-то утверждает, что все современные животные являются потомками особей, спасшихся от Всемирного потопа в Ноевом ковчеге (согласно библейскому преданию), то из этого, несомненно, вытекает ряд проверяемых следствий. Согласно этой идее, центром расселения современной фауны были окрестности горы Арарат. Следовательно, мы должны ожидать, что чем дальше от Арарата, тем меньше должно быть разнообразие животных, особенно тех, кто медленно и с трудом передвигается. Животные, не умеющие пересекать широкие морские проливы, должны встречаться только в Евразии, Африке и, может быть, на близлежащих островах. Уединенные, изолированные острова и материки (например, Австралия), должны иметь крайне бедную фауну, состоящую преимущественно из очень подвижных животных, умеющих хорошо летать или плавать. Вряд ли нужно объяснять, что проверяемые следствия «гипотезы Ноева ковчега» — а значит и сама гипотеза — решительно не выдерживают проверки фактами. Эта гипотеза никоим образом не предсказывает (и не объясняет) существование, например, разнообразной фауны лемуров на Мадагаскаре или кенгуру — в Австралии и Новой Гвинее, притом что нигде больше в мире эти животные не встречаются. Все лемуры — около сотни ныне живущих видов! — должны были, согласно этой гипотезе, дружно маршировать с горы Арарат прямо на Мадагаскар, нигде не останавливаясь надолго (чтобы не оставить ни одной ископаемой косточки), нигде не потеряв ни одного «отставшего» вида. Они должны были каким-то неведомым образом благополучно пересечь Мозамбикский пролив (наименьшая ширина — 422 км) и поселиться на Мадагаскаре. Причем ни одна из обезьян, живущих в Африке и Азии, почему-то не пожелала переселиться на Мадагаскар вместе с лемурами. Чем больше для принятия гипотезы нужно сделать подобных маловероятных допущений, и чем меньше известных фактов она в состоянии объяснить (причем объяснить лучше, чем другие, конкурирующие идеи), тем ниже достоверность гипотезы. В случае с гипотезой «Ноева ковчега» научная достоверность практически равна нулю, потому что нет буквально ни одного факта, который объяснялся бы этой гипотезой лучше, чем эволюционной теорией. Именно поэтому антиэволюционисты так не любят конкретизировать свои взгляды. Как только они их хоть немного конкретизируют, появляется возможность научной проверки, а этого антиэволюционизм систематически не выдерживает.

Что касается лемуров, то их предками в действительности были древние приматы, близкие к адапидам, которые в эоценовую эпоху (около 55-34 млн лет назад) жили в Евразии, Африке и Северной Америке. Кто-то из представителей этой группы проник на Мадагаскар, дав начало адаптивной радиации лемуров (см. раздел «Биогеографические доказательства»). Нетрудно заметить, что случайный занос нескольких животных или даже всего одной беременной самки на удаленный остров — событие гораздо более вероятное, чем массовое переселение сотни видов. Не встречая конкуренции со стороны более продвинутых приматов, лемуры сохранились на Мадагаскаре, тогда как на «Большой земле» представители этой древней линии приматов вымерли, за исключением некоторых уцелевших в Азии и Африке архаичных форм, таких как долгопяты и лори.

Когда биологи говорят, что число имеющихся доказательств эволюции огромно, они имеют в виду следующее. Существует колоссальное количество фактов (результатов наблюдений, экспериментов), хорошо объясняемых (а часто и предсказываемых) эволюционной теорией, и гораздо хуже или вовсе не объясняемых (и не предсказываемых) идеей об отсутствии эволюции. Любой из этих фактов представляет собой доказательство (evidence) эволюции. Их действительно очень много — буквально миллионы. Они различаются как по степени сложности (для понимания многих из них требуется специальное образование), так и по степени убедительности. Убедительность доказательства — это статистическая, вероятностная величина, которую в ряде случаев можно точно измерить, а в других она может быть только оценена «на глазок». Главная проблема, стоящая перед авторами статьи о доказательствах эволюции — это проблема выбора. Какие из великого множества доказательств включить в относительно короткий текст, а какие опустить? Ведь для перечисления всех доказательств потребовалось бы написать, как минимум, колоссальный многотомный труд размером с Британскую энциклопедию (и то мы не уверены, что хватило бы места). Ясно, что для популярного текста нужно выбирать самые простые, понятные и при этом убедительные доказательства. И очень жалко, работая над таким текстом, пропускать множество еще более ярких и убедительных доказательств только потому, что они сложны и требуют долгих предварительных объяснений, или просто не помещаются в статью. Поэтому мыхотим особо подчеркнуть: доказательства, приведенные в данной статье — это далеко не всё, что у нас есть! И еще: необходимо иметь в виду, что имеющиеся на сегодняшний день доказательства эволюции более чем избыточны. Даже если бы у нас вовсе не было каких-то групп доказательств (например, ископаемой летописи), оставшихся свидетельств с лихвой хватило бы научному сообществу для того, чтобы признать эволюцию доказанным фактом. Нам очень повезло, что у нас есть палеонтологическая летопись, дающая весьма наглядные подтверждения эволюционного процесса. Но это — не необходимая часть доказательства эволюции, а «роскошь», приятное, хоть и необязательное, дополнение ко всему остальному. Поэтому попытки «опровергнуть» эволюцию на основе того, что какой-то переходной формы до сих пор не нашли в ископаемой летописи — это полный абсурд.

Изначально мы использовали в качестве основы для этого текста очень добротную, относительно недавно появившуюся статью из русской Википедии, которая так и назвается — «Доказательства эволюции». В ходе работы нами вносились в текст многочисленные изменения, а многие разделы были написаны «с нуля», так что в конце концов от исходной википедийной статьи осталось не так уж много. В ранних версиях мы выделяли текст, заимствованный из Википедии, особым цветом, но впоследствии отказались от этой практики, полагая, что этот текст уже в достаточной мере нами переработан и расширен.

 

Общие замечания

Многочисленные доказательства эволюции подтверждают эволюционное происхождение всех живых существ от общего предка. Сегодня мы уже довольно много знаем о том, что представляло из себя последний общий предок всех ныне живущих организмов (см.: Последний универсальный общий предок). Нужно помнить, что этот предок не был: 1) ни первым живым организмом на Земле (его появлению предшествовала долгая эволюция), 2) ни самым примитивным или простым из когда-либо живших существ, ни 3) единственным существом, жившим в то время на Земле. Вместе с ним жило множество похожих на него существ, но в силу статистических обстоятельств — отчасти случайных, отчасти закономерных — именно он оказался ближайшим общим предком всех современных существ. В этом отношении этот предок схож с «митохондриальной Евой«, которая не была ни первой, ни единственной, ни самой примитивной, ни самой «приспособленной» из своих сородичей — ранних африканских Homo sapiens.

Следует также помнить, что мы сейчас говорим о доказательствах эволюции, а не о происхождении жизни. Это — отдельная тема, которой посвящены другие работы. Мы не будем здесь рассматривать вопрос о том, как появились РНК, ДНК, генетический код, белки и все прочее, из чего состояли первые живые клетки. В данной публикации мы рассматриваем существование первых одноклеточных организмов уже как данность. Мы делаем так вовсе не потому, что современная наука считает приемлемой гипотезу о Божественном сотворении первых одноклеточных форм жизни (как раз наоборот), а исключительно для того, чтобы хоть как-то ограничить круг рассматриваемых фактов и теорий. В данной публикации мы расматриваем факты, доказывающие, что существующие на планете виды живых существ не были созданы какой-либо разумной силой в своем нынешнем виде, а произошли от других видов в результате естественных процессов; что эти виды-предки, в свою очередь, произошли от других видов, и так далее, вплоть до Последнего универсального общего предка. Читателей, которые верят в то, что самые первые живые существа были сотворены, а не появились в результате естественных процессов, мы не будем пытаться переубедить, потому что это выходит за рамки нашей темы. В конце концов, вера в сотворение первого живого существа, которое затем эволюционировало самостоятельно, дав начало всему нынешнему многообразию жизни, наносит гораздо меньший ущерб реалистичной, основанной на научных фактах картине мира, чем вера в сотворение всех живых существ в их нынешнем виде. Сам Дарвин (в отличие от современной науки) допускал возможность сотворения жизни Богом, как видно из заключительной фразы его книги «О происхождении видов»:

«Есть величие в этом воззрении, по которому жизнь с ее различными проявлениями Творец первоначально вдохнул в одну или ограниченное число форм; и между тем как наша планета продолжает вращаться согласно неизменным законам тяготения, из такого простого начала развилось и продолжает развиваться бесконечное число самых прекрасных и самых изумительных форм.»

Эволюционные процессы наблюдаются как в естественных условиях, так и в лаборатории. Имеются документированные, непосредственно наблюдавшиеся человеком случаи образования новых видов (некоторые из этих случаев перечислены здесь (англ.)).

Факт эволюции доказан экспериментально. Чтобы получить сведения об эволюционной истории жизни, палеонтологи анализируют ископаемые останки организмов. Степень родства между современными видами можно установить сравнивая их строение, геномы, развитие эмбрионов (онтогенез). Еще один источник информации об эволюции — закономерности географического распространения животных и растений, которые изучает биогеография. Все эти данные укладываются в единую картину — эволюционное дерево жизни.

Чтобы понять эволюцию, необходимо прежде всего очень хорошо понять основную идею Дарвина — естественный отбор. Она только кажется простенькой, на самом деле осознать ее не так-то легко. Не случайно она была открыта человечеством позже, чем куда более сложные (казалось бы) вещи, такие как дифференциальное исчисление. Рекомендуем для этого книгу Ричарда Докинза «Слепой часовщик«(The Blind Watchmaker).

Многие случаи неприятия эволюции объясняются самым обычным недопониманием фундаментальных принципов эволюционного учения. Например, часто приходится слышать утверждения о том, что «эволюция невозможна, потому что сложные структуры не могут возникать в результате простой случайности». Сложные структуры действительно не могут возникать в результате случайности, но эволюция вовсе не является случайным процессом. «Случайными» являются только мутации, да и то не во всяком смысле, а только в очень конкретном: полезность или вредность данной мутации для организма, как правило, не влияет на вероятность возникновения этой мутации. Мутации возникают независимо от того, вредны они или полезны. Мутации создают «запас изменчивости» в популяции, они служат материалом для отбора. Что же касается самого отбора, то он — полная противоположность слепому случаю. Это строго закономерный процесс, придающий эволюции направленность и в конечном счете создающий сложные адаптации, похожие на результат «разумного проектирования». Сложные адпатации, как правило, возникают не в результате единичных крупных мутаций (хотя и такое в принципе возможно, см. раздел «Эво-дево: следы макроэволюции«), а в результате постепенного накопления множества мелких наследственных изменений. Действие отбора проявляется в том, что мутации полезные, то есть хоть немного повышающие эффективность размножения организма («приспособленность», или ожидаемое число оставляемых потомков), постепенно накапливаются в популяции, частота их встречаемости растет. Мутации, не оказывающие существенного влияния на приспособленность, могут долго сохраняться в популяции, причем их частота будет испытывать случайные колебания и в конце концов может достичь 100% («мутация зафиксировалась») или 0% («мутация элиминировалась»). Такие нейтральные наследственные вариации составляют значительную часть «запаса изменчивости» в большинстве популяций. При изменении условий среды какие-то мутации, прежде бывшие нейтральными, могут оказаться полезными или вредными. Вредные мутации, снижающие приспособленность организма, постепенно отбраковываются (их частота в популяции снижается автоматически, в силу того обстоятельства, что носители таких мутаций оставляют в среднем меньше потомства).