Reconciling the No Decoupling Approach and the Inbetweenness Approach to Constitutive Relevance Relation

In de biologische wetenschappen is de krachtigste manier om uit te leggen hoe iets werkt, door de machine erachter te beschrijven. Wetenschappers zeggen niet alleen dat een vogel vliegt; ze verklaren de vlucht door het kloppende hart, de samentrekkende spieren en de vurende zenuwen te beschrijven die het mogelijk maken. Dit staat bekend als een mechanistische verklaring. Maar voor deze verklaring om waar te zijn, moet elk genoemde onderdeel daadwerkelijk tot de machine behoren. Als een onderzoeker naar een willekeurig blad aan een boom wijst en beweert dat dit deel uitmaakt van het vluchtmechanisme van de vogel, faalt de verklaring. Filosofen van de wetenschap worstelen al lang met de vraag hoe ze precies kunnen definiëren wat een onderdeel "relevant" maakt voor het geheel. Ze vragen zich af: hoe weten we zeker dat een specifiek component een noodzakelijk puzzelstukje is, in plaats van slechts iets dat toevallig in de buurt is?

Jarenlang hebben twee verschillende stromingen van denken gedebatteerd over de beste manier om deze onderdelen te vinden. De ene groep gelooft dat je het hele fenomeen als een enkel, ondeelbaar evenement moet beschouwen en moet kijken of het veranderen van een onderdeel het geheel verandert. De andere groep stelt dat je het fenomeen moet zien als een keten van gebeurtenissen, beginnend bij een trigger en eindigend bij een resultaat, en moet zoeken naar onderdelen die in het midden van die keten zitten. Deze twee visies zijn als rivalen behandeld, waarbij wetenschappers en filosofen debatteerden over welke de juiste was. Echter, een nieuwe analyse suggereert dat dit debat gebaseerd is op een misverstand. De twee benaderingen vechten niet om de waarheid; ze zijn simpelweg verschillende instrumenten, ontworpen voor verschillende momenten in de reis van ontdekking.

Het artikel, geschreven door Yichu Fan van de Universiteit van Edinburgh, stelt voor dat deze twee methoden eigenlijk compatibel en complementair zijn. De auteur betoogt dat de onenigheid voortkomt uit de manier waarop wetenschappers het fenomeen dat ze bestuderen beschrijven. Soms kijkt een wetenschapper naar een complex biologisch ritme, zoals de dagelijkse slaap-waakcyclus van een fruitvlieg, en behandelt hij de gehele cyclus als één groot, enkelvoudig evenement. In dit geval wordt het fenomeen gerepresenteerd door een enkele variabele. Wanneer onderzoekers dit "enkele variabele"-beeld gebruiken, is de methode die het beste werkt de "no decoupling"-benadering (geen ontkoppeling). Deze methode controleert of een specifiek onderdeel zo nauw verbonden is met het geheel dat je het geheel niet kunt veranderen zonder het onderdeel te veranderen. Als de verbinding onbreekbaar is, is dat onderdeel een authentiek component van het mechanisme.

Op andere momenten zoomt dezelfde wetenschapper in op een specifieke stap binnen die cyclus, zoals hoe één eiwit voorkomt dat een ander functioneert. Hier wordt het fenomeen niet langer gezien als een enkel blok, maar als een proces met een duidelijk begin en een duidelijk einde. De onderzoeker ziet een input, een keten van gebeurtenissen en een output. Wanneer het fenomeen op deze manier wordt bekeken, als een "keten van knooppunten", wordt de "inbetweenness"-benadering (tussenliggendheid) het meest nuttig. Deze methode zoekt naar onderdelen die causaal tussen het begin en het einde liggen. Als een component wordt gevonden die de brug vormt die de input met de output verbindt, wordt bevestigd dat het een relevant deel van het mechanisme is.

Fan demonstreert dat deze twee benaderingen elkaar niet tegenspreken; ze passen simpelweg bij verschillende manieren om naar dezelfde realiteit te kijken. Als een onderzoeker overgaat van het beschouwen van een fenomeen als een enkel evenement naar het beschouwen ervan als een keten, verandert hij niet de biologische feiten, maar slechts de lens waardoor hij het onderzoekt. Het artikel laat zien dat wanneer beide methoden correct worden toegepast op hetzelfde biologische systeem, ze altijd naar dezelfde componenten wijzen. Ze zijn het eens over wat essentieel is, ook al gebruiken ze een andere logica om daar te komen.

Om dit te bewijzen, wendt de auteur zich tot de reële geschiedenis van hoe wetenschappers het mechanisme achter de circadiane klok in fruitvliegen ontdekten. Deze klok is de interne timer die de vlieg vertelt wanneer hij actief moet zijn en wanneer hij moet rusten, een ritme dat ongeveer elke vierentwintig uur herhaalt. De ontdekking van hoe deze klok werkt, gebeurde niet in één keer; het gebeurde in twee duidelijke fasen, die elk een ander conceptueel instrument vereisten.

De eerste fase was de "lokaliserende" fase. In de vroege dagen van dit onderzoek wisten wetenschappers dat de vliegen een interne klok hadden, maar zij wisten niet waar deze zich bevond of waaruit deze bestond. Zij behandelden het gehele dagelijkse ritme van de vlieg als een enkel, mysterieus fenomeen. Zij konden niet gemakkelijk een specifiek "begin" of "einde" voor het ritme aanwijzen, omdat het een continue, zelfonderhoudende lus was. In deze context was de "no decoupling"-benadering de perfecte gids. Onderzoekers manipuleerden een specifiek deel van de vlieg, zoals een klier of een gen, en keken of het dagelijkse ritme stopte of veranderde. Als het ritme onveranderd bleef, was dat deel niet essentieel. Als het ritme brak, was dat onderdeel een kandidaat voor een kerncomponent. Deze methode hielp wetenschappers de zoektocht te verfijnen totdat ze het period-gen vonden, een specifiek stuk DNA dat essentieel was voor het bestaan van het ritme. Op dit stadium was het fenomeen te breed om als een keten te worden gezien, waardoor de single-variable benadering de enige manier was om de bron te vinden.

Zodra het period-gen was gevonden, ging het onderzoek over in de tweede fase: de "verrijkende" fase. Wetenschappers wisten nu dat ze een onderdeel van de machine hadden, maar ze wisten niet hoe het werkte. Ze moesten de gaten in het mechanisme opvullen. Ze begonnen te kijken naar de specifieke interacties tussen de eiwitten die door het gen worden geproduceerd. Hier veranderde het fenomeen. In plaats van naar de hele dag te kijken, keken ze naar een specifieke interactie: hoe het eiwit dat door het period-gen wordt gemaakt, de activiteit van het gen zelf stopt. Deze interactie had een duidelijk begin (de productie van het eiwit) en een duidelijk einde (het stoppen van de activiteit van het gen). Omdat er een duidelijk begin en einde was, werd de "inbetweenness"-benadering het ideale instrument. Onderzoekers konden nu vragen: wat zit er tussen het eiwit en het gen? Ze testten andere eiwitten, zoals TIM en dCLOCK, om te zien of zij als bruggen fungeerden in deze keten. Door te bevestigen dat deze eiwitten causaal tussen het begin en het einde van de interactie zaten, waren wetenschappers in staat om de volledige feedbackloop in kaart te brengen die de klok aandrijft.

Het artikel concludeert dat de geschiedenis van deze ontdekking aantoont dat de twee benaderingen geen rivalen zijn die strijden om de titel van "de waarheid". In plaats daarvan zijn ze een gereedschapskist. Wanneer een wetenschapper probeert de locatie van een mechanisme in een complex systeem te vinden, is de "no decoupling"-benadering het juiste instrument. Wanneer de wetenschapper de locatie heeft gevonden en de interne verbindingen wil begrijpen, neemt de "inbetweenness"-benadering het over. De auteur suggereert dat dit patroon waarschijnlijk van toepassing is op veel andere gebieden van de biologie, niet alleen op de fruitvliegenklok. Door te accepteren dat verschillende stadia van ontdekking verschillende conceptuele instrumenten vereisen, kunnen wetenschappers voorkomen dat ze vastlopen in theoretische discussies en zich concentreren op het eigenlijke werk van het ontdekken hoe het leven werkt. Het artikel beweert niet elk mysterie van hoe mechanismen werken te hebben opgelost, maar het opent wel het pad voor een meer praktische, flexibele manier van denken over deze mechanismen, waardoor onderzoekers de juiste methode kunnen kiezen voor de specifieke vraag die ze op dat moment stellen.