Nyúl vagy kacsa? Hogyan értelmezzük a hiányzó ősmaradványokat?

Francis Bacon, a 17. századi természetfilozófus Novum Organum (1620) című művében egy metaforával világítja meg a tudomány helyes és helytelen művelésének mikéntjét. Míg egyesek a hangyákhoz hasonlóan pusztán csak megfigyeléseket gyűjtögetnek, anélkül hogy ezeket bármilyen kontextusba helyeznék, addig mások – a korabeli skolasztikusok – olyanok mint a pók: pusztán saját elképzeléseikből szőnek egyre kiterjedtebb hálót. Sem a hangyák, sem a pókok módszerét követve nem juthatunk a világról szóló valódi tudáshoz: ez csak a két megközelítés előnyeit kombinálva lehetséges. A helyes tudományos módszertan szerint eljáró „kísérletek embere”, a természetfilozófus egy pollent gyűjtögető, majd azt mézzé alakító méhhez hasonlóan először összegyűjti a megfigyeléseket, majd ezeket a helyes módszer segítségével értékes mézzé, vagyis tudományos tudássá alakítja. Ennek érdekében saját előzetes várakozásait, szubjektív elköteleződéseit teljesen félreteszi, nem hagyja magát megtéveszteni ezek által, és pusztán a megfigyelések alapján alakítja ki elképzeléseit.

Francis Bacon Nocum Organumának címlapja

Ez a fajta  tudománykép nemcsak a közoktatásában és a tudomány publikus felfogásában  terjedt el általánosan, de sokszor maguk a tudósok is hasonlóan vélekednek. Eszerint a tudomány valamiféle gépezet, amibe ha betápláljuk a megfelelő inputot, vagyis a megfigyeléseket és kísérleti adatokat, akkor a kimenet a tudományos módszer helyességének köszönhetően a világ egy szeletét helyesen leíró elmélet, vagyis végső soron a világra vonatkozó igaz tudás lesz az eredmény. A tudományfilozófusok és -történészek az 50-es évektől kezdve amellett érveltek, hogy ez a kép alapvetően torz: a „tiszta” megfigyelésnek ez a koncepciója illúzió. Stephen Toulmin, Norwood Russel Hanson, Paul Feyerabend  és Thomas Kuhn is felhívják a figyelmet arra, hogy nincsen olyan elméletfüggetlen megfigyelés, ami egy ilyesféle tudományos módszer alapjául szolgálhatna; minden megfigyelésünket előzetes elvárások és elméleti elköteleződések színezik át. Ebből következőleg pedig az elmélet nem természetes módon adódik össze elemi megfigyelésekből, minthogy hipotéziseink eleve behatárolják megfigyeléseinket; azt, hogy mi számíthat egyáltalán adatnak egy bizonyos elmélet szempontjából.

Mennyire hiányos a fosszilis rekord?

Hogy mit is jelent ez a gyakorlatban, nagyszerűen megvilágítja egy, az evolúcióelmélet történetéből származó példa: vajon mennyire képes a fosszilis rekord – vagyis a kőzetrétegekben megőrződött maradványok összessége, amibe beletartoznak a nyomfosszíliák, a megkövült ürülékek és még sok más minden –  megbízható információkat nyújtani a földi élet történetének pontos alakulásáról és az evolúció mechanizmusairól? Erre a kérdésre különböző válaszokat adhatunk attól függően, hogy milyen előzetes elvárásokkal rendelkezünk az evolúció működésmódjára vonatkozóan. Többé-kevésbé megegyező adatok alapján más következtetést vont le Charles Darwin, és mást a 70-es években megjelenő paleobiológia egyes képviselői. Vajon melyiküknek volt igaza? Képesek-e a kutatók hiányos adatok birtokában minden kétséget kizáróan dönteni ebben a kérdésben?

Hogy erre válaszolhassunk, végezzünk el  egy egyszerű gondolatkísérletet. Képzeljünk el egy olyan világot, egy alternatív Földet, ahol élete végével minden élőlény maradványai teljesen megsemmisülnek. Ennek a világnak a paleontológusai – vagyis a földi élet történetét a geológiai rekordban fellelhető fosszíliák, azaz ősmaradványok alapján tanulmányozó kutatók – meglehetősen nehéz helyzetben lennének; sőt mi több valószínűleg nem is létezne a paleontológia tudománya, hiszen nem lenne mit tanulmányozni. A múzeumokban nem lennének kiállítva dinoszauruszok csontvázai és más ősmaradványok sem. Ennek a világnak a lakói semmit sem tudnának azokról a folyamatokról, amik az általuk is megfigyelhető életformák, és végső soron saját maguk kialakulásához is vezettek. De nemcsak  tudományos ismereteink, hanem a művészet és a populáris kultúra is szegényebb lenne: hogy csak egy példát említsünk, a Jurassic Park sem készülhetett volna el. Most képzeljünk el egy ezzel éppen ellentétes szituációt, vagyis hogy a Földön élő összes élőlény – állat, növény, gomba és a mikrobiális élet mindenféle formái – fizikai maradványai tökéletesen megőrződnek a haláluk után. Vajon milyen képet nyújtana számunkra egy ilyen világ a földi élet történetéről? Mennyiben lenne más az evolúció működésmódjáról alkotott felfogásunk? 

Saját világunk valahol a gondolatkísérletben vázolt kontinuum két széle között helyezkedik el, de pontosan hol? Ehhez vegyük kicsit közelebbről szemügyre azokat a folyamatokat, amik egy élőlény halála után annak fizikai maradványaival történnek. Természetesen nem beszélhetünk egységes folyamatokról e tekintetben; míg például egy gombából pár nap után semmi látható nem marad, addig egy gerinces állat halál utáni útja ennél jóval hosszabb. Ebben az esetben a rothadás és a különböző mikrobák – hogy a dögevő állatokról ne is beszéljünk – hamar elpusztítják a lágy szöveteket, a szilárd részeket pedig az időjárás és más mechanikai jellegű hatások kezdik ki, és földtörténeti léptékben mérve még a legellenállóbb csontok is egy szempillantás alatt szétporladnak. A fosszilizációra éppen ezért általában valamilyen, az állat szempontjából szerencsétlen, a paleontológusoknak viszont annál szerencsésebb katasztrófa esetén kínálkozik jó esély, ami azzal jár, hogy vizes környezetben, például egy iszapcsuszamlás vagy áradás esetén gyorsan betemetődnek az élőlények. Ilyen áradásnak köszönhetők a Montana és Alberta állambeli dinoszauruszcsont-temetők vagy éppen az a dinoszauruszcsontokban gazdag kőzetréteg, ami a bakonyi Iharkúton található. A gyors betemetődés azonban még semmire sem garancia: a maradványnak ezután hosszú időn, gyakran évmilliókon keresztül kell dacolnia a geológiai folyamatok pusztító hatásaival és a különböző kémiai folyamatokkal, amelyek megint csak a fizikai részek dekompozíciójával járnak. Mindennek a tetejébe  pedig még egy paleontológusnak – szintén jó adag szerencsével – meg is kell találnia a kérdéses maradványokat. Láthatjuk tehát, hogy több szinten is mekkora szerencse szükséges ahhoz, hogy egy egykori Tyrannosaurus rex a múzeumban kössön ki.  

Gradualizmus vagy megszakított egyensúly?

Felvetődik a kérdés: ha az úgynevezett fosszilis rekord annyira töredékes,  ahogy azt a fent vázolt kép sugallja, akkor mennyiben képes megbízható információkat nyújtani a földi élet történetének pontos alakulásáról és az evolúció mechanizmusairól? Ez a kérdés Darwinnak is sok fejfájást okozott, mert egy komoly problémát rejtett az élőlények változására vonatkozó elmélete számára. Darwin szerint az egyes fajok lassú és fokozatos változás eredményei, az új fajok kialakulása (modern terminológiában: speciáció), emberi léptékkel mérve nagyon lassan, fokozatosan történik. A fajok eredetében azt írja: „[...] a természetes kiválasztás csak kicsiny, egymást követő, előnyös változások felhalmozódásával működhet, nem hozhat létre nagyobb, hirtelen változásokat. Rövid és lassú lépésekkel halad előre (Darwin, 2009, 416).” Azaz, a különböző fajok kialakulása nemcsak az ember számára felfoghatatlanul sok idő alatt, de geológiai léptékben is lassan, földtörténeti szinten történik. Ebből következik, hogy X faj és a belőle kialakuló Y faj között számtalan átmeneti formának kellett lennie: olyan organizmusoknak, amelyek bizonyos jellegekben csak nagyon kis mértékben különböztek egymástól. A paleontológusok már a 19. század elejétől tisztában voltak azzal, hogy a kőzetrétegek nem a változás ilyen szép, graduális sorozatát tárják elénk.

Az 1960-as évek végén Niles Eldredge amerikai paleontológus a trilobitákat, vagyis a paleozoikumban gyakori háromkaréjú ősrákokat kutatva szintén úgy találta, hogy a Darwin által felvázolt graduális evolúciónak nem sok nyoma van a fosszilis rekordban. A trilobiták kiváló anyagot szolgáltatnak az evolúció nagy léptékű mintázatainak vizsgálatához: elterjedtségük és tengerfenéki életmódjuk miatt szilárd mészvázaik jó eséllyel fosszilizálódnak, komplex anatómiájuk pedig lehetővé teszi az evolúciós változások vizsgálatát. 

A Phacops rana trilobita fosszilizálódott mészvázaForrás: Wikimedia Commons

Eldredge a Phacops nemzetség egyik tagja, a P. rana szemlencséit tanulmányozva úgy látta, hogy az újabb változatok rendkívül hirtelen jelennek meg a fosszilis rekordban, és amint kialakultak, hosszú ideig gyakorlatilag teljesen változatlanok maradnak. Ez ellentmond a darwini gradualizmus által sugallt elvárásnak, ami a szemlencsék számának és konfigurációjának fokozatos, lassú változását jelentené. Amiről az ősmaradványok tanúskodnak, az a morfológiai stabilitás hosszú időszakai, amiket aztán a fajképződés hirtelen, kitörésszerű epizódjai szakítanak meg.

A Phacops rana szemeForrás: Wikimedia Commons

Eldredge egy másik paleontológussal, Stephen Jay Goulddal közösen 1972-ben publikált tanulmányukban a fosszilis rekord Darwin óta kísértő problémájára igyekeznek új megoldást adni, saját elképzelésük, a megszakított egyensúly bevezetésével. A korábban vázolt darwini kép azt feltételezi, hogy egy új faj kialakulása ugyanazon a földrajzi területen történik: egy faj populációja fokozatosan addig változik bizonyos környezeti hatások nyomására, míg végül egy új fajról beszélhetünk. Ez a fajképződés úgynevezett szimpatrikus modellje, ami „egy területen történőt” jelent. Új fajok azonban más módon is kialakulhatnak: képzeljük el, hogy egy hegyomlás hatására egy faj alpopulációja földrajzilag elszigetelődik a faj többi egyedétől. Ezekben az esetekben bizonyos genetikai mechanizmusok hatása jelentősen felerősödhet. Kis, elszigetelt populációkban véletlenszerű mutációk gyorsan elterjedhetnek (például genetikai sodródás révén), aminek a hatása nagyobb populációméret esetén elvész. Továbbá az elszigetelődött földrajzi területen könnyen előfordulhat, hogy az organizmusoknak némileg eltérő körülményekhez kell alkalmazkodniuk, ami további különbségeket eredményez az eredeti és az új populáció között. Az új faj kialakulása földtörténeti értelemben „pillanatszerűen” zajlik le: az egyensúly, vagyis a morfológiai stabilitás hosszú időszakait hirtelen törések szakítják meg. Fontos hangsúlyozni, hogy ez a gyorsaság relatív; emberi léptékkel mérve még így is szinte felfoghatatlanul lassú, a paleontológiai földtörténeti időperspektívájához és a fajok Darwin által feltételezett lassú és fokozatos kialakulásához viszonyítva azonban kétségkívül gyors.

A darwini kép (a filetikus gradualizmus) sematikus ábrázolása, illetve a megszakított egyensúly vizuális reprezentációja Eldredge és Gould eredeti tanulmányából. A vízszintes tengelyek a morfológiai változások lehetséges terét (vagyis a lehetséges alakokat) jelölik ki, míg a függőleges tengely a földtörténeti léptékű időt reprezentálja.

A fosszilis rekord kétféle képe

Mi következik ebből a a fosszilis rekordra vonatkozóan? Ha a darwini képből indulunk ki, akkor a norma a fokozatos változás, ebből pedig az következik, hogy a fosszilis rekordnak erről a folytonos sorozatról kellene tanúskodnia. Ha nem ezt tapasztaljuk, akkor el kellene tudnunk számolni  azzal, hogy miért nem azt tapasztaljuk, amit az elmélet szerint tapasztalnunk kellene. Darwin maga is az „elmélete ellen felhozható legkomolyabb kifogásként” hivatkozik a problémára, és „A geológiai adatok hiányosságáról” címen egy egész fejezetet szán a tárgyalására. Ebben a morfológiai formák hiányos sorozatáért a fosszilizáció és a geológiai folyamatok előbb tárgyalt pusztító hatásait teszi felelőssé, amelyek a múltbeli nyomok nagy részét megsemmisítik, anélkül, hogy az elveszett információ visszanyerésére bármilyen esélyünk is lenne. De mi van akkor – teszi fel a kérdést Eldredge és Gould –, ha a fosszilis rekordban lévő lyukak csupán látszólagosak, és nem az adat hiányát jelentik, hanem információt hordoznak az evolúció tényleges működéséről? Hasonló aspektusváltásról van szó, mint a lenti ábra esetében, amit láthatunk kacsaként és nyúlként is, annak ellenére, hogy ugyanazt a képet nézzük. Itt tehát a fosszilis rekord egy újféle interpretációjáról, „képéről” van szó: különböző elvárásokkal értelmezve a paleontológiai adatsorokat, különböző értelmezéseket állíthatunk fel arra vonatkozóan, hogy mi számít egyáltalán adatnak.

A híres illúzió, amiről Ludwig Wittgenstein és Thomas Kuhn is megemlékezett: nyúl vagy kacsa?

Ha a graduális változást tekintjük normának, akkor az átmeneti formákat hiányként értelmezzük, ha azonban az allopatrikus, vagyis eltérő területen lezajló speciációból indulunk ki, akkor az, hogy viszonylag kevés átmeneti formára bukkanunk, már nem pusztán az adat hiánya, hanem az evolúció működéséről árulkodó adat lesz. Eldredge és Gould elképzelésére nagy hatást gyakoroltak a korabeli tudományfilozófia belátásai a megfigyelések elméletterheltségéről. Ezekre a belátásokra alapozva amellett érveltek, hogy a darwini válasz a fosszilis rekord hiányosságaira nem az egyetlen lehetséges interpretáció: ugyanazokat az adatok különböző, egymásnak homlokegyenest ellentmondó módon értelmezhetjük. Maga a fosszilis rekord önmagában véve nem árulja el nekünk minden kétséget kizáróan, hogy melyik kép is írja le helyesen az evolúció tényleges tempóját és a változások természetét. Végső soron pedig a rekord hiányosságának mértéke is empirikus kérdés. Lehet hogy Darwin (legalábbis bizonyos esetekben, például a tengeri mészvázú gerincteleneknél) a graduális evolúció melletti elköteleződése miatt alulbecsülte az adatok minőségét: a fosszilis rekord sokkal kevésbé töredékes, mint ahogy ennek az elvárásnak a fényében tűnik.

Mi ebből a tanulság?

Tágabb kontextusban ez azt is jelenti, hogy a tudományos tudás előállítása sohasem izolált folyamat; a tudósok az elméletek és modellek megalkotása során nem csak idealizációkkal és absztrakciókkal élnek, de tudományon kívüli, metatudományos szempontok is szerepet játszanak abban, hogy mit fogadnak el meggyőző elméletként. Visszatérve kiinduló, Baconhoz köthető metaforánkhoz: a tudomány működése nem annyira a tényeket szorgalmasan gyűjtögető, majd azt kaptáraikban mézzé alakító méhekhez tevékenységéhez hasonló, sokkal inkább egy – hogy megmaradjunk a természeti metaforáknál – egész ökoszisztémához, amiben az élőlények különböző közösségei egymással és az élettelen környezetükkel bonyolult kapcsolatban álló rendszert alkotnak. A tudomány végül is olyan társas vállalkozás, amit mi, korlátozott kognitív kapacitással rendelkező lények művelünk, ez pedig rendkívül heterogén tudományos gyakorlatainkban is megnyilvánul. Nincsen olyan egységes tudományos módszer, ami varázslatos módon, az emberi tényezőket kiküszöbölve igaz tudást állítana elő a világról.

A cikk az Innovációs és Technológiai Minisztérium ÚNKP-19-3 kódszámú Új Nemzeti Kiválóság Programjának szakmai támogatásával készült. A szerző a BME Filozófia és Tudománytörténet Tanszékének egyetemi tanársegédje, kutatási területe a paleontológia filozófiája és története. A Filoman filozófusainak összes cikke a Qubiten itt olvasható