【新语丝电子文库(www.xys.org)(www.xys2.org)】 ———————————————— (原载《自然辩证法研究》2000年11期) 还原主义和整体主义述评 ·方舟子· 一 还原主义(Reductionism)和整体主义(Holism)是研究复杂系统的两 种相对的基本思想:还原主义将高层次还原为低层次、将整体还原为各组分 加以研究,而整体主义则强调研究高层次本身和整体的重要性。由于生物体 是最为复杂的系统,还原主义和整体主义在生物学史上的对抗最为强烈,持 续至今。 还原主义的阵营,在每一个历史时期,都是比较单纯的,在历史上的表 现形式有:(朴素)原子主义、机械主义和物理主义。现代还原主义的基本 信条是:用物理、化学作用和自然选择足以解释一切生命现象。具体地说, 是用物理、化学作用解释功能性的生命现象,而对历史性生命现象也即生物 进化的解释,则除了物理、化学作用(基因漂移、基因组自组织等)之外, 还需要加入自然选择的因素。 整体主义虽然迟至二十世纪二十年代才由史末资(J.C. Smuts)正式提 出(Smuts 1926),但历史上各种反还原主义的思潮都可归入这一阵营,包 括:泛灵论、目的论、神创论、活力主义、拉马克主义、米丘林-李森科主 义等。这些思潮都已在生物学界失去了市场,只在生物学界之外还有信徒。 由于整体主义向来就是以反还原主义的面目出现的,至今仍然有各种各样的 表现形式,并无一个统一的阵营。其中,有非科学的,例如传统中医理论; 有反科学的,例如“科学神创论”、智能设计论(二者都是神创论的现代形 式);有伪科学的,例如中国的“人体科学”、“生物全息律”;有接近信 仰的,例如盖娅假说;也有属于科学思想的,例如迈尔(E.Mayr)、古尔德 (S.J.Gould)所主张的机体论。在此我们只讨论属于科学的整体主义,并 称之为现代整体主义。 二 现代还原主义和现代整体主义并不象它们的前身那样针锋相对,而有许 多相同之处。尽管两派人马在论战时,倾向于歪曲、丑化对方的观点,而事 实上,两派的相同点远多于不同点,界限已变得相当模糊。这些相同点,有 的原属还原主义而被整体主义采用,有的原属整体主义而被还原主义采用, 可以说,是两派长期对抗之后所达成的一定程度的融合。这些融合包括: 一、否定目的论。现代整体主义已抛弃了早期整体主义的目的论色彩, 不再认为冥冥之中有一种目的引导着生物进化、发育。对生命现象的看法, 双方都是彻底的唯物主义和自然主义。 二、构成性还原主义(Constitutive Reductionism)。这是迈尔提出的 一个概念(Mayr 1982)。它认为生物的物质组成与非生物完全相同,生命 现象不违背物理、化学原理,也不存在只在生物体起作用的特殊的物理定律。 现代整体主义已抛弃早期整体主义的活力主义性质,而承认构成性还原主义。 三、整体、动态观念。现在两派都强调研究各组分之间的动态关系,避 免将组分孤立地、静止地看待。值得指出的是,将以整体性为原则的系统论 等同于整体主义是错误的。被归入系统科学的博弈论、非平衡态自组织理论, 即都属于还原主义的。最近生物学博弈论的创建者梅纳德·史密斯(J.Maynard Smith)出了一本小册子(Maynard Smith 1998),试图根据进化发育生物学 的新成果调和还原主义和整体主义。但他把还原主义等同于控制的,把整体 主义等同于动态的,并不恰当。自组织的动态过程可以经由物理、化学原理 推导,因此也是还原主义的。进化发育生物学的新成果对还原主义是一个支 持。 四、突现(emergence)。认为整体大于各组分的总和,当各组分被有 机地组合在一起时,整体表现出新的性质。 还原主义和整体主义的根本分歧,就表现在对突现的理解。根据迈尔的 总结,整体主义认为“解释性还原主义不完善,因为在等级系统中,复杂性 较高的层次将突现出新的、事前不能预测的特征。因此,复杂系统必须在每 一个层次研究,因为每一个层次都有着较低层次所不具有的性质。”(Mayr 1982, p.64)“在一个有结构的系统中,整合程度更高的层次突现出新的性 质,而且无法从根据低层次组分的知识加以预测。”(Mayr 1997, p.19) 三 我们认为,至少在理论上,高层次的新性质是可以根据组分加以预测的。 但是,由于生命是非线性的系统,这种预测具有不确定性,因此往往导致了 不能预测的假象。这样的预测,具有以下值得注意的特点: 一、复杂性。由于生物学系统涉及太多的组分的相互作用,难以在实际 上做到准确的预测。比如,理论上,蛋白质的一级结构决定着其立体结构, 因此,从氨基酸序列可以准确地预测出蛋白质的构型。但是,这种计算超出 了现有计算机的能力,因此在实际上,我们只能通过近似估算和构建基序 (motif)的办法做近似的预测。 二、概率性。生物学的预测往往是指出概率结果。例如,我们可以预测 下一胎生男生女的概率相等,但我们无法预测是男是女。注意,这并不是指 根据统计结果的“预测”,而是根据自然选择预测出这样的统计结果。 三、多解性。非线性偏分方程将产生不确定的解,因此我们无法预测在 特定的时间,一个复杂系统的状态;但是我们可以预测,在给定特定的常数 后,什么样的格式将会发生。科勒特(S.H. Kellert)将此称为定性预测 (qualitative predictions)(Kellert 1993)。 四、环境因素。由于环境因素难以或无法预测,而复杂系统对环境因素 极其敏感,导致复杂系统的性质难以或无法预测。但这并不等于复杂系统本 身具有无法预测的性质。当环境因素确定时,复杂系统的行为是可以预测的。 五、测不准。在复杂系统中,组分的性质是通过与其他组分的关系而表 现出来的。当我们具体分析某个组分时,往往不可避免地会改变了其性质, 从而影响了预测的准确性。这是人类认识手段的局限,而不是因为系统本身 具有不可预测性。随着认识手段的改进,预测的准确性也随着提高。 因此,跟对简单系统的预测不同,对复杂系统的预测,往往只是指出可 能性,具有不确定性、概率性、偶然性、多解的性质。也不只是生命系统才 如此,对复杂的物理系统,例如气象的预测,也具有类似的特点。只不过, “合理的未必存在”的现象在生物界表现得特别突出。但是,难以预测并不 是不可预测。有时候,对复杂系统的预测能达到令人惊叹的准确程度,比如 在进化论史上,汉密尔顿(W.D. Hamilton)对“局部交配竞争”的情况下雌 雄比例的预测(Hamilton 1967; Werren 1980; Herre 1985),亚历山大 (R. D. Alexander)对真社会性哺乳动物的预测(Braude 1997),都是这 样的例子。 四 断言复杂系统的突现性质不可预测,必然反对科学传统上对“理论预测 -检验”的研究方法的重视,反对探求普遍规律,转而强调对特定现象的描 述和对历史过程做倒叙的较为初级的研究方法。迈尔声称,在生物学中,特 别是在进化生物学中,解释一般与历史性叙述有关(Mayr 1982)。杜布赞斯 基的传人列万廷(R.C. Lewontin)认为生物学的研究和知识大部分由叙述性 陈述构成(Lewontin 1991)。古尔德则干脆说,由于进化事件是由一连串无 法重复、不可预测的偶然链环组成的,因此除了用倒叙法加以重建,别无其 他可能(Gould 1989)。在此之前,一些历史学家为了让历史学也成为科学, 强调历史性叙述也是一种重要的科学方法。现在,他们的意见在这些整体主 义的进化生物学家当中得到了回应。当迈尔说道:“在物理学和进化生物学 --二者都是科学的分支--之间,要比进化生物学(科学之一种)和历史 学(人文学之一种)之间有更多的不同。”(Mayr 1997, p.37),他的用意 固然是要反对以物理学为基础的科学哲学对生物学的偏见,强调科学各分支 的多样性,但是将历史学拉为同盟军,却冒着将进化生物学归入人文学的危 险。如果生物学,特别是进化生物学,象历史学那样以叙述为主,那么我们 又如何能树立生物学研究的客观标准? 进化生物学固然研究的是历史过程,但是就象同样是研究历史过程的宇 宙学、天文学和地质学等物理科学,它依据的是客观的事实和逻辑推论,而 不是象历史学那样,很大程度上只是主观的陈述。在科学研究中,对表面现 象的描述和对历史过程的叙述,只是在研究条件不成熟时,不得已的初步结 果,并不意味着应该放弃寻求更本质的因素和更一般的规律。生物学的发展 已一再证明,断言只能做现象描述和历史性叙述,是过于草率的。当古尔德 和埃德里吉(N.Eldredge)在七十年代在迈尔的新种生成学说的基础上提出 “间断平衡”理论时,他们显然认为这只是在对平稳-跃变的台阶式的进化 过程做历史性陈述,但是在现在,复杂系统的自组织方法可以预测这种现象 (Kauffman 1993),分子生物学对生物发育的研究也为这种进化现象提供 了可能的分子机制。 当迈尔把对生物的功能性和历史性的研究截然分开,承认功能现象通常 用实验、还原的方法研究,而进化现象则主要用历史性叙述的方法研究时 (Mayr 1982; 1997),他当初没有预见到、到现在也忽视了十几年来分子 分类学、分子古生物学和进化发育生物学的创立和发展,已使得实验方法成 为进化生物学的最重要的方法。迈尔由于担心生物学被物理学兼并,而对分 子生物学抱着敌意,宣布进化生物学脱离分子生物学而“自主”,乃至认为 分子还原法将会对进化生物学的进一步发展起误导和削弱作用(Mayr 1985; 1988)。这种担心,完全是多余的。分子生物学已与进化生物学紧密结合在 一起,解决了种系发生树的客观标准、发育与进化的关系等重大难题,为进 化生物学提供了强大的工具和增添了无比丰富的内容。 五 我想说明的是还原主义做为一种科学基本思想的充分性:还原是一种完 善的研究方法,研究各组分的关系足以推导、解释整体的性质。但这并不是 说还原主义总是必要的。由于研究的侧重点不同,也由于还原的实际困难, 对生物学的研究,可以也应该在不同的层次、从不同的方面进行。我并不同 意某位获得诺贝尔奖的著名生物化学家所说:“生物学只有一种,就是分子 生物学。”(Mayr 1982, p.65)分子生物学已为其他生物学分支提供了重 要的研究工具,也已取代了某些传统的生物学(比如研究基因传递的经典遗 传学事实上已被分子遗传学取代,所谓“孟德尔遗传定律”已失去了其“定 律”地位,成为对遗传现象的不准确的表面描述),但是大部分的生物学分 支都还会继续存在,没必要、实际上也不可能被彻底还原到分子水平。 我也不同意所谓“学说性还原主义”,认为一切科学归根结底都将被还 原为物理学。化学已在很大程度上被还原成了物理学,从前通过实验发现的 “化学定理”现在大都可以从物理定律推导出来。但是生物学不可能被还原 成物理学,这不仅仅是因为生物学系统的复杂性,更重要的,是生物学具有 无法从物理定律推导的原理:自然选择。个别的学者主张自然选择只是为熵 耗散提供附加的途径,是一个能够自我复制的复杂系统在趋向最大的熵产出 状态时,自组织的结果(Swenson 1995)。这种解释,可以说明物理选择 (“稳定者生存”),却无法说明化学选择(“高效者生存”),更无法说 明自然选择(“适者生存”,适者不一定就是稳定者、高效者)。我基本同 意最早研究生物学系统的自组织现象的考夫曼(S.A.Kauffman)的观点,自 然选择是限制自组织的独立因素(Kauffman 1993)。但是考夫曼显然更重视 自组织的作用,而我认为,在生物学系统中自然选择是更加重要的:自组织, 只是为自然选择提供材料,其适应性的结果,仍然要由自然选择决定。只要 自然选择是不可还原的,生物学就不可能被彻底还原成物理学。 2000.2.16. 〖参考文献〗 Braude,S. 1997. The Predictive Power of Evolutionary Biology and the Discovery of Eusociality in the Naked Mole Rat. Reports of NCSE 17(4). Gould, S.J. 1989. Wonderful life: The Burgess Shale and the Nature of History. New York: Norton. Hamilton, W.D. 1967. Extraordinary sex ratios. Science 156: 477-488. Herre, E.A. 1985. Sex ration adjustment in fig wasps. Science 228: 896-898. Kauffman, S.A. 1993. The Origins of Order: Self-Organization and Selection in Evolution. New York: Oxford University Press. Kellert, S.H. 1993. In the Wake of Chaos: Unpredictable Order in Dynamical System. Chicago: University of Chicago Press. Lewontin, R.C. 1991. Facts and the factitious in natural science. Critical Inquiry 18(1): 140-153. Maynard Smith, J. 1998. Shaping Life: Genes, Embryos, and Evolution. New Haven and London: Yale University Press. Mayr, E. 1982. The Growth of Biological Thought: Diversity, Evolution, and Inheritance. Cambridge, MA: The Belknap Press of Harvard University Press. Mayr, E. 1985. How does biology differ from the physical sciences? In Evolution at a Crossroads: The New Biology and the New Philosophy of Science, pp. 43-63. D.J.Depew and B.H.Weber, eds. Cambridge, MA: MIT Press. Mayr, E. 1988. Towards a New Philosophy of Biology: Observations of an Evolutionist. Cambridge, MA: The Belknap Press of Harvard University Press. Mayr, E. 1997. This is Biology: The Science of the Living World. Cambridge, MA: The Belknap Press of Harvard University Press. Smuts, J.C. 1926. Holism and Evolution. New York: Viking Press. 2nd ed. 1965. Swenson, R. 1995. Spontaneous Order, Evolution and Natural Law: An Introduction to the Physical Basis for an Ecological Psychology. Hillsdale: Lawrence Erlbaum Associates. Werren, J.H. 1980. Sex ration adaptations to local mate competition in a parasitic wasp. Science 208: 1157-1159. ———————————————— 【新语丝电子文库(www.xys.org)(www.xys2.org)】