sunnuntai 3. tammikuuta 2010

Almost Tautological.

Karl Popper esitti vuonna 1976 kirjoittamassaan kirjassa "Unended Quest: An Intellectual Autobiography", sivulla 151, että evoluutio ei ole testattava teoria vaan metafyysinen tutkimusohjelma. Popperista syynä oli se, että luonnonvalintaa ei voitu falsifioida. Tosin hän esitti myös käytännöllinen teoria. Myöhemmin hän muutti mieltään, ja "Natural selection and the emergence of mind", vuodelta 1978 sisälsikin jo esityksen siitä että luonnonvalinta on testattavissa oleva teoria. Popper painotti "Dialectica 32:344-246":ssa sitä että hän oli muuttanut mieltään. Ja että hän oli iloinen että sai mahdollisuuden ilmoittaa kannanmuutoksestaan. Hän oli siis oppinut lisää asiasta, ja näkökanta oli tämän uuden informaation kautta muuttunut. Popper kirjoitti myös artikkelin "Popper: good philosophy, bad science?" (New Scientist 87(1215):611, 21 Aug. 1980). Tässä Popper kertoi että evoluution falsifioimattomuusväite oli hänen erehdyksensä, ja että historialliset tieteet ovat testattavia vaikka ne kuvaavatkin uniikkeja tapahtumia. Testaus onnistuu jos niistä voidaan johtaa testattavia ennusteita.

Tämä alustus liittyy siihen että luonnonvalinnan esitetään usein olevan kehäpäätelmä : Jos kelpoisimmat selviävät, ja sitten kelpoisin tarkastetaan sillä että ne jotka ovat selvinneet ovat kelpoisempia, on takana tietysti kehäpäätelmän rakenne. Kehäpäätelmät ovat yleisesti ottaen falsifioimattomissa. Tämä näkemys näyttää ensivilkaisulta fiksulta. Mutta se ei ole. Laajemmin tähän liittyy käsite "tautologia". Keskustelu asian tiimoilla on paljon Popperin kannanottoa vanhempaa. Häneen tässä kohdassa kuitenkin viitataan (ainakin nettifoorumeilla) eniten.

Kehä nousi esiin tavallaan "eugeniikan yhteydessä". Sillä aikaisemmin ajateltiin että evoluutio suosii vahvoja. Luonnonvalinta nähtiin siis vahvojen tukemisena. Tätä kautta eugeniikan kannattajat huolestuivat "heikkojen kansanosien" lisääntymistä, he näkivät tämän rappeutumisena, luonnonvalintaa vastaan toimivana. Tätä vastaan piti taistella egoismin ja is-ought -rinnastuksen voimin. Kun luonnonvalinnan sitten tajuttiin koskevan "voiman ja raakuuden" sijasta lisääntymään pääseviä jälkeläisiä, huomattiin että eugeniikka olikin tavallaan "evoluution vastustamista". Köyhien lisääntyminen aatelin ja rikkaistoa voimakkaammin oli se, joka nähtiin ongelmana. Eli eugeniikassa yritettiinkin taistella luonnonvalinnan puolesta. Tässä vaiheessa vastaan tulikin ongelma siitä, että jos luonnonvalinta suosii kelpoisia ja nämä lisääntyvät, ja kelpoisuus nähdään jälkikäteen siitä ketkä ovat lisääntyneet tehokkaasti, on kyseessä tautologia.
Ongelmana on tavallaan se, mitä "luonnonvalinta" tarkoittaa eri yhteyksissä. Avuksi on hyvä ottaa Richard Lewontinin "The bases of conflict in biological explanation. Journal of the History of Biology 2 (1):35-45.", vuodelta 1969 : Hän esitti että evoluutio on väistämätön seuraus kolmesta ilmiöstä. Jos näistä jokin ei toteudu, evoluutiota ei voi tapahtua. Nämä olivat seuraavat:
Ehto 1: On fenotyyppistä vaihtelua. Eli yksilöt eivät ole ulkoisesti tarkastellen keskenään identtisiä. Yksilöissä on jotain rakenteellista vaihtelua.
Ehto 2: On olemassa jokin korrelaatio vanhempien ja jälkeläisten välillä. Karkeasti voisi sanoa että jos kaksi vanhempaa ovat keskimääräistä lyhyempiä, on jälkeläinenkin keskimäärin nykypopulaation keskiarvoa lyhyempi. (Nämä voivat tietysti saada jälkeläisiksi myös pitkiä yksilöitä, mutta kysymys on keskiarvoista.) Lewontin muistutti että tämä ei vielä tarkoita välttämättä nykyisen kaltaista geneettistä perinnöllisyyttä. Mutta nykyinen genetiikka on tälläinen korrelaation muoto.
Ehto 3: Erilaiset fenotyypit yksilöissä tarkoittavat myös sitä että yksilöiltä jää keskimäärin eri määrä jälkeläisiä. Eli jos populaatiossa on pitkiä ja lyhyitä, ja pitkät saavat keskimäärin 2.001 lisääntymään pääsevää jälkeläistä ja lyhyet keskimäärin 1.999 jälkeläistä, suosii lisääntyminen pitkiä. Pääasia on se, että luvut "eivät ole samat". Jos ne ovat, tämä kohta ei toteudu. (Jälkeläiset ovat fyysisiä kappaleita, jotka voidaan joskus laskea tarkasti ja monesti suuruusluokat voidaan arvioida.)
Seuraus: Yllä olevilla ehdoilla tapahtuu väistämättä geneettistä muutosta populaation keskiarvossa. Populaation seuraavassa sukupolvessa kaikki geenit eivät ole yhtä yleisiä tai harvinaisia kuin edellisessä.

Lewontin huomauttaakin että tässä ei ole mitään tautologisuutta. Ehdot nimittäin ovat testattavissa, ja ne voidaan huomata vääriksi empiirisesti. Ja kun nämä premissit ovat erilaisia kuin johtopäätös, on selvää että tässä kyseessä ei siis ole mikään kehäpäätelmä. Lisäksi "Ehdot" ovat varsin vakiintuneita tieteen käsitteitä, niitä ei juurikaan pidetä "huonona tieteenä". "Sydänvaurioiset eläimet kuolevat." "Jälkeläiset muistuttavat vanhempiaan" ja muut vastaavat eivät ole yhtään kiistanalaisia. Falsifioinnin, kumottavuuden, ehtona ei myöskään ole se että falsifioinnin tulisi olla helppoa. Itse asiassa tälläisiin keskeisiin ja vahvoihin teorioihin sitominen on teorialle etu.

Syynä on tietysti equivocation jossa luonnonvalinnan määritelmät heitetään "lennosta". Luonnonvalinta on milloin "Ehto 3" ja milloin "Seuraus". Ja näiden kohtien sisältö on ilmiselvästi erilainen. Ensimmäinen käsittelee populaation yksilöitä fenotyyppitasolla ja toinen käsittelee populaation ominaisuuksia geneettisellä tasolla. Niiden väittäminen samaksi on helposti tehtävä virhe, joka johtuu siitä että aihetta ei ole ymmärretty kunnolla.

Tästä on seuraus : Jos joku väittää että luonnonvalinta on kehäpäätelmä, hän viittaa siihen että hän ei osaa kritisoimaansa aihetta. Väite viittaa teorian loogiseen rakenteeseen. Tämä taas on tietynlainen, ja sen looginen rakenne voidaan arvioida täysin riippumatta siitä onko evoluutio totta tai ei. Onhan flogistonkin osoittautunut vääräksi palamisteoriaksi. Sen loogisen rakenteen tautologiattomuus ei kuitenkaan ole muuttunut kumoutumisprosessissa. Itse asiassa sen kumoutuminen osoitti sen, että flogiston ei ollut eikä ole tautologia. Se oli sen sijaan väärin.

"Ehto 3":n maailma. ~ Luonnonvalinta fenotyypin valintapaineena:

Tässä mukaan kannattaa selkeyden vuoksi ottaa lisämäärittelyjä. Steven Vogelin "Kissan tassut ja katapultit - luonnon ja ihmisen mekaaniset maailmat" -kirjan sivu 22 antaa apuja. Sen pohjalta voidaan prosessoida vaikkapa seuraavanlainen valintapaineen olemassaolon perustelun, jossa on ehtoja joiden seurauksena on jälleen tiettyjä asioita.
E1: Jokainen eliö tuottaa useamman kuin yhden jälkeläisen (suvuton lisääntyminen) / kaksi jälkeläistä(suvullinen lisääntyminen), jolloin populaatioiden koot tuppaavat kasvamaan.
E2: Jokainen eliö tarvitsee tietyn määrän resursseja kyetäkseen elämään.
E3: Populaatiolle tarjolla olevat resurssit on rajallisia. (Jos ei muuten, niin käytössä on äärellinen määrä rakennusaineen atomeja tai tilaa)
S1: Tietyllä alueella populaatiot voivat kasvaa vain johonkin maksimikokoon asti, jonka useimmiten määrää ympäristön kantokyky. Maksimikoossa populaatioon syntyy enemmän jälkeläisiä kuin mitä se pystyy pitämään yllä, jolloin jotkut yksilöt eivät jää eloon ja lisäänny.

Kun nämä laitetaan yhteen "jo aiemmin sovitun" (sukulaiskorrelaation ja population ulkoasun variaation) kanssa, saadaan tuloksena (tietenkin):
S2: Piirteet jotka lisäävät yksilön tuottamaa eloon jäävää jälkeläismäärää suhteessa muihin, lisääntyvät populaatiossa. (Joka on siis juuri sama, kuin se aikaisemman "Seuraus".)

S2 kertoo meille siitä että sukulaisten samanlaisuus ja ulkoasun variaatio nousevat tarkkailtaviksi asioiksi. ("Seuraus" taas liittyy siihen.) Kysymys onkin, onko tämä oletus, vai onko takana tarkkailua. Jos jokin havainto voi poistaa "Seurauksen", ei kyseessä voi olla tautologia, koska tautologioita ei voi kumota.

Ja onneksi valintapainetta voidaan lähestyä havainnoiden. "Luonnonvalinnan määrää" voidaan kautta testata tarkkailemalla yksilöiden ominaisuuksia, niiden jakautumista, variaatiota. Ja sitä miten eri piirteet sitten korreloivat tai jättävät korreloimatta lisääntymismenestyksen kanssa. Ominaisuudet ovat ainakin joskus mitattavia ja havaittavia piirteitä, ja jälkeläiset voidaan usein arvioida ainakin suuruusluokkaa, ja joskus jopa laskea tarkat yksilömäärät. Tarkkailun kautta voidaan joko huomata yhteys. Tai sitten rakenteen ja lisääntymismenestyksen välillä ei ole yhteyttä, jolloin valintapainetta ei tässä kohden ole. Jatkumomuotoinen mittaus, jossa jokin tila on "ei tapahdu" ei ole tautologia. Kun mukana on selvästi testi jota voisi sanoa lauseella "Jos ei ole yleistyviä, ei ole kelpoisimpia." tautologia on näennäinen koska mukana on testattavissa oleva vaatimus havainnoinnista. Nolla yleistyvää, havaittavissa oleva ilmiön tila, kumoaa koko rakennelman. Tautologioita taas ei voi kumota. (Eli...)

Mutkikkaaksi tämän tekee tietysti se, että ominaisuus on häilyvä, tilastollinen. Vastaava "ongelma" kohdataan kuitenkin hauraita esineitä tutkittaessa. Sillä hauraus ja kovuus ovat vastaavankaltaisia tilastollisesti tutkittavissa olevia ominaisuuksia. (Kelpoisuuden ja hauraiden esineiden fysiikan yhteys on tässä osin tieteenfilosofisesti vahva.) Kumoaminen onnistuu yksittäisen havainnon sijasta enemmän havaintoaineiston kautta. Jos lasi putoaa pöydältä eikä säry sirpaleiksi, tämä ei kumoa sitä että lasi on hauras. Tilastollisessa tiputtamisessa tämän on kuitenkin tultava esiin.

"Seurauksen" maailma ~ Luonnonvalinta populaation geenejen tilastollisuutta koskevana teoreemana.

Tässä luonnonvalinta on siis olennaisesti samanlainen kuin Pricen teoreema. Tässähän kehityksen nopeus on (1) periytyvyysasteen ja (2) valintaeron voimakkuuden automaattinen seuraus. (Tuloksena on lukuarvo, joka on 0 jos ominaisuus ei ole esimerkiksi perinnöllinen. Tämä taas tarkoittaa että sitä ei tapahdu...) Tässä muutos ja Pricen teoreemassa jopa sen nopeus on suora ja pakollinen seuraus tietyistä arvioitavissa olevista alkuehdoista. Esimerkiksi heritabiliteetti on arvioitavissa, sitä tehdään jalostuspuolella rutiininomaisesti. Jälkeläismäärät ja näiden jälkeläisten määrät on myös arvioitavissa...

Tässä käy yksinkertaisesti niin, että jos hyväksyt alkuoletukset, on sinun pakko hyväksyä myös johtopäätös. Muuta vaihtoehtoa ei ole. Tätä kautta johtopäätöksen kumoaminen onnistuu, mutta vain ja ainoastaan todistamalla joku alkuoletus vääräksi. Ongelmia tulee jos ja vain jos testiä näille tai niille ei voida tehdä. Tautologia on määritelmällisesti kumoutumaton, joten jos kumoaminen voidaan tehdä, on selvää että kyseessä on teoreema, ei tautologia. Teoreemoille on yleensä ottaen nähty tieteellistä arvoa, tautologioille ei.

Lisämerkitystä, ja tarkempaa testiä, saadaan tietysti sitäkin kautta, että populaation geneettinen aineisto ja muutosta voidaan myös havainnoida (Tiettyä geeniä tietyllä% populaatiossa sukupolvessa A ja sukupolvessa B, välissä aikaa ja sukupolvia määrä Y). Kun meillä on tietoa ominaisuuksista ja valintapaineesta, voidaan konkreettisesti myös verrata näitä odotettuja tiloja. Ja katsoa vastaako se odotettu valintapaine ja periytyvyysaste edistymisnopeutta vai eivät.

Unohdetaan yllä olevat. Asiaa voi lähestyä myös "helpommalla tavalla".

On hyvä miettiä miksi tautologia viehättää. Yksi syy on tietysti se, että niitä saadaan kehitettyä ihan mille tahansa. Esimerkiksi tässä Mark Chu-Carrollin käsittelyssä muistutetaan että useista tieteellisistä teorioista voidaan rakentaa kehäpäätelmiä, se voidaan generoida helpolla tavalla. "Any scientific theory can be reformulated into a tautology - in fact, any statement provable by inference can be reformulated into a tautology by simply folding the inferences into the statement. Any theory can be stated as a tautology by folding the observations and inferences into the statement of the theory." Esimerkiksi maan vetovoimasta saadaan rakennettua tautologia sanomalla "Painavien esineiden nostamiseen tarvitaan paljon voimaa" ja "Nostamiseensa paljon voimaa vaativat esineet ovat painavia". Tämä ei tietenkään riitä tuhoamaan maan vetovoiman tieteellistä uskottavuutta. Mutta päättelyvirheen huomaaminen herättää huolimattomassa ajattelijassa epäluuloa koko systeemiä kohtaan. Syytä ei aina kuitenkaan ole.

"Ongelmallisesti tautologisia" eivät ole ne teoriat joiden sisältöä voidaan esittää tautologioissa, koska muuten ei olisi muuta kuin "ongelmallisesti tautologisia" käsityksiä. Ongelmallisia ovat vain sellaiset, joissa kaikki väitteet ovat tällä tavalla kehäisiä. Siksi Chu-Carroll muistuttaa toisaalla että esimerkiksi lause "Bacteria that don't get killed by antibiotics don't get killed by antibiotics" on kieltämättä tautologia, joka voidaan vetää luonnonvalinnan ja evoluution teemasta. Mutta jos kysymykseen nousee se, kuolevatko bakteerit ajanhetkenä A useammin antibiootin X vaikutuksesta kuin ajanhetkenä B samalla antibiootilla, kysymys onkin jo jostain ihan muusta. Silä tämä yleistyminen voidaan huomata, tapahtuipa se tai jäikö se tapahtumatta.

Mutku: Kaikki yleistyvät eivät olekaan kelpoisia.

Yksi lähestymistapa taas on huomauttaa että yleistymisessä on mukana kategoriavirhe. Luonnonvalinnan yleistämät ovat kelpoisia. Mutta kaikki yleistyvät eivät ole kelpoisia. Tämä on olennainen juttu, koska evoluutiota käsiteltäessä otetaan huomioon myös geneettinen ajautuminen. Se taas on yleistymistä jonka takana ei ole luonnonvalintaa. Tätä kautta on selvää että "selvitystä ei tehdäkään tautologisella tavalla". Jos yleistyvät olisivat pakosti kelpoisia, eli takana olisi tautologia, geneettinen ajautuminen ei olisi lainkaan mielekäs käsite. Nyt sen määriä kuitenkin arvioidaan ja otetaan huomioon käytännön jalostustyössäkin. Jo tämän pohjalta on selvää että "jokin tautologisuusväitteessä mättää".
1: Joku voisi tietysti väittää että geneettinen ajautuminen tekee evoluutiosta epämääräisempää. Sekin kuitenkin liitetään tietynlaisiin tilanteisiin. Sitä tapahtuu toisaalla, tunnetuilla ehdoilla, enemmän kuin toisaalla taas ei. Ja näitäkin voidaan tutkia Ja ennen kaikkea, tämä epämääräisyys ei ihan täysin totta ollessaankaan koskisi itse luonnonvalinnan tautologisuutta, sen loogista rakennetta ja sitä voidaanko "luonnonvalinnan nollaavaa" aineistoa saada aikaan.
Aiheesta tarkemmin kiinnostuneiden kannattaa lukea ainakin tuore John Wilkinsin aiheesta kokoama sarja kirjoituksia. Hän kokoaa sekä asian historian että siihen liittyvät argumentit ja ratkaisut oikein hyvin ja tarkasti. Tämä kirjoittamani on siihen verrattuna "kalpea ja arkinen". Tästä hänen työstään tulee myös "ammattilaisjulkaistu versio."

Ei kommentteja: