Второй после Дарвина: история Рональда Фишера, математика, логика и биолога

Ричард Докинз называл его величайшим из преемников Дарвина, а мнение о том, что он заложил основы современной статистики и привел статистический вывод, инновационный подход, во все науки, общепринято. Математик и теоретический физик, биолог-эволюционист, евгеник и генетик — кем был сэр Рональд Фишер, соединивший математику с биологией, а теорию Дарвина— с законами Менделя?

Близорукий математик

История эрудита, гения, одного из основоположников современной популяционной генетики, началась в 1890 году, когда в маленьком городке Ист-Финчли неподалеку от Лондона в семье Джорджа Фишера, дилера искусства, родился пятый ребенок. Семья в то время была достаточно обеспеченной. Фишеры переехали в Лондон, и 14-летний Рональд поступил в одну из самых знаменитых британских школ, Хэрроу; но в том же году умерла его мать, Кейт, и через год отец обанкротился после нескольких неудачных сделок.

С детства Фишер был очень близорук: возможно, это спасло ему жизнь, освободив от призыва в армию во время Первой мировой. С другой стороны, это дало привычку решать математические проблемы наглядно, развив способность представлять решение задач в геометрических терминах, без использования алгебраических преобразований. Способность Фишера получать результат, минуя сложную последовательность промежуточных шагов, стала легендой. Успехи в математике принесли ему школьную медаль Нилда: в 16 лет он выиграл конкурс математических эссе в Хэрроу, в 1909-м — стипендию для учебы в Кембридже.

Во время учебы Фишер изучал математику, астрономию, биологию и узнал о существовании генетики и законов Менделя, переоткрытых в начале XX века. В университете у Фишера появилось множество друзей, и, как пишет один из его биографов, он «погрузился в пьянящую интеллектуальную атмосферу». Тогда же он познакомился с биометрией и ее растущим количеством методов для сбора статистических данных, но главным его интересом стала евгеника, в которой Фишер видел острую общественную необходимость. Начало XX века было временем, когда математическая статистика была нужна при обработке астрономических наблюдений; физика и биология ограничивались применением несложных арифметических вычислений.

Фишер еще во время учебы в Кембридже увидел, как сказали бы мы сегодня, потенциал статистики. Ему в руки попал «Математический вклад в теорию эволюции» статистика Карла Пирсона, и Фишер глубоко увлекся применением статистических методов в биометрии. Популяционные биологи и эволюционисты в то время задумывались, как соединить дискретную менделевскую наследственность со всеобщим дарвиновским законом эволюции и изменчивости.

Как улучшить человека

Начало ХХ века было еще и временем возникновения евгеники (происходит от греч. слова «благородный, хорошего рода») — учения о селекции человека и повышения его наследственных свойств. Евгенисты стремились бороться с ухудшением генофонда. Потом евгенику скомпрометировало то, что она была взята на вооружение нацистским режимом и применялась как теоритическое обоснование для стерилизации «неподходящих» (в том числе «умственно неполноценных») людей, но это будет позже, когда от теории евгенисты перейдут к практике.

В начале же ХХ века в евгенике ряд молодых популяционных генетиков увидели средство для решения научных и социальных вопросов, сочетающее генетику и статистику. В 1911 году Рональд Фишер вместе с Джоном Кейнсом и сыном Чарльза Дарвина Горацием участвовал в создании в Кембриджском университете Евгенического общества. Приверженцем евгеники Фишер останется до конца жизни.

В 1913 году Фишер окончил университет и устроился статистиком в торговое общество, работал в Канаде. После начала Первой мировой он вернулся в Англию и попытался записаться в армию, но (зрение!) не смог пройти медкомиссию. Фишер продолжал заниматься наукой: в 1915 году он написал научную работу, которую позже назовут революционной, — «Корреляция между родственниками на основе предположения о менделевском наследовании». Она вышла в «Трудах Эдинбургского королевского общества» в 1918 году и положила начало долгой научной вражде с Карлом Пирсоном. В статье Фишер выдвинул «бесконечно малую модель», показывающую, что непрерывное изменение фенотипических признаков может быть результатом менделевских законов. В статье также впервые был введен термин «дисперсия».

Его работа была подвергнута критике Пирсоном, но на это Фишер отвечал, что его статьи «рецензируют статистики, не разбирающиеся в биологии, и биологи, не знакомые со статистикой». Вообще, биографы учёного (в том числе его дочь Джоан Бокс, автор его биографии) отмечают его сложный, конфликтный характер, не раз проявлявшийся в резких высказываниях или в письмах коллегам.

В 1917 году Фишер тайно женился на 17-летней Рут Эйлин Гиннесс (ее мать не одобряла столь ранние браки), у них родились два сына и шесть дочерей. После работы в торговой компании и школьным учителем математики в 1919 году Фишер получил работу статистика на экспериментальной опытной сельскохозяйственной станции в Ротамстеде. Теперь у него был доступ ко множеству данных, и как настоящий ученый Фишер им с толком воспользовался.

Путь ученого

Фишер добился двух научных достижений, примечательных как методом, так и результатом: используя аргумент из n-мерной геометрии, он нашел распределение коэффициента корреляции и, используя понятие дисперсии, продемонстрировал, что человеческая наследственность полностью согласуется с менделевскими принципами. На данных, полученных в Ротамстеде, Фишер продолжил исследования, изобретя статистические методы, которые использовали всю информацию, содержащуюся в данных, для получения правильных выводов.

В это время были написаны классические труды Фишера: в 1922 году появилась книга «О математических основах теоретической статистики», в 1925-м — «Статистические методы для исследователей». Благодаря Фишеру статистика становилась полноценным инструментом исследователей во всех областях науки, способом оценки объема экспериментальных усилий и понимания и значения полученных данных.

Он заложил основы, придумал язык и разработал методологию современной оценки научных данных

«Статистические методы для исследователей» стали библией ученых всего мира: только в Великобритании монография выдержала 14 переизданий. Одним из недавних применений методики Фишера стало обнаружение бозона Хиггса, достоверность которого была подтверждена статистически. Сегодня методы Фишера широко применяются в естественных науках, экономике и при любых экспериментах и широко признаны универсальным научным методом.

«Фишеровское убегание»

Фишер продолжил применять свои методы в работе 1930 года, посвященной популяционной генетике, — «Генетической теории естественного отбора». Эту книгу иногда называют второй по значимости для эволюционной биологии после «Происхождения видов Дарвина», но пишут, что в ней Фишер переоценил математическую эрудицию биологов и книга во многом предвосхитила время и была принята позднее. В частности, в ней Фишер сформулировал теорему естественного отбора (известную как теорема Фишера). В ней утверждается, что интенсивность отбора (и связанная с ней скорость эволюции) пропорциональна величине генетической дисперсии и связана с приспособленностью популяции, пропорциональной ее эффективному размеру. Сложно? Так же подумали и биологи.

Но сформулируем проще: чем разнообразнее генетика популяции, тем эффективнее отбор. Биологические труды привели к избранию Рональда Фишера в 1933 году профессором (после отставки Карла Пирсона) кафедры евгеники в Университетском колледже Лондона, где он начал генетические исследования, в частности в области серологии групп крови человека, хотя его приверженность евгенике уже играла против него.

В 1942 году старший сын Фишера, военный пилот, погиб во время полёта над Сицилией. В 1943 году Фишер, тяжело переживавший смерть сына, разошёлся с женой, вернулся в Кембридж и работал там по 1957 год на кафедре генетики. Фишер был верующим человеком, патриотом и консерватором; вспоминают, что он был великолепным собеседником и прекрасным лектором.

В Кембридже Фишер занимался теорией инбридинга и полиплоидией — генетикой гибридов сельскохозяйственных культур. В 1952 году королева Великобритании Елизавета II удостоила Фишера дворянского титула за научные заслуги. При этом Фишер продолжал работать как теоретик статистики и математик-логик: в 1935-м вышла его работа «Планирование экспериментов», а в 1956-м — «Статистические методы и научный вывод», где продолжился старый спор Фишера с коллегами и научными оппонентами.

После отставки из Кембриджа сэр Рональд переехал в Австралию и начал работать в Университете Аделаиды, где ушел из жизни в 1962 году.

Сложная личность Рональда Фишера и неоднозначные взгляды много лет делали его фигуру неприемлемой для советской науки

Вместе с Вейсманом и Морганом его называли «реакционным ученым», а введенные им понятия и открытия скопом называли «фашистскими». Тем не менее место Фишера в истории науки не оспаривается сегодня никем: в честь него названо множество введенных им понятий в математической статистике: информация Фишера, распределение Фишера и множество других. Биологи знают теорему Фишера, принцип Фишера и теорию «фишеровского убегания».

Стоит сказать, что Фишер не считал, что все люди равны. Он верил в наследуемость интеллекта и таланта и считал, что браки должны заключаться между людьми одного социального уровня и слоя; призывал повышать рождаемость в высших, наиболее образованных слоях общества и контролировать ее в низших — к сожалению, в некоторых странах (США, Германии и Дании) эти законы были приняты и даже работали какое-то время.