從整體論、還原論到新的整體論-論生物學方法論的革命Word版

整理為word格式整理為word格式整理為word格式從整體論、還原論到新的整體論——論生物學方法論的革命生物學方法論是人們從事生物學科研的系統(tǒng)方法的理論[1]。迄今為止，生物學大致經(jīng)歷了三次重大的方法論的革命，它們分別是整體論、還原論和新的整體論。事實上，每一次科學范式的轉換過程中，相對科學技術進步而言，人們往往更加重視其方法論的革命。這是因為方法論通常對一門學科如何進行具體實踐乃至真正做到科學共同體的承認更具有關鍵意義。那么，生物學的方法論究竟如何推動生物學的范式轉換？每一次的方法論革命解決了哪些問題？存在哪些不足？生物學的方法論最終要向何處去？本文嘗試以生物學方法論革命為主題，對生物學整體論、還原論和新的整體論方法論的一系列相關問題進行哲學思考。整理為word格式整理為word格式整理為word格式一、整體論生物學第一個經(jīng)典的整體論方法論革命興起在十七世紀到十九世紀歐洲，也是使生物學成為一門科學的重要方法論。所謂的生物學整體論是在近代的科學水平基礎上發(fā)展出的一種把生物從整體角度研究的方法論[2]，并在生物學史上開創(chuàng)性地把神學的生物學和科學的生物學劃分開來，這充分體現(xiàn)在瑞典人林奈的《自然系統(tǒng)》論著中。書中所提出的綱(class)、目(order)、屬(genus)、種(species)的分類概念正是整體論生物學的首創(chuàng)。它標志著人類開始第一次自主地和系統(tǒng)地對動植物進行命名和分類。此時，上帝和諸神的作用已經(jīng)開始被逐漸忽略。另一方面，整體論還特別為生物學發(fā)展出兩條研究進路。一種是靜態(tài)的，即把人和生物用簡單、靜止和機械的觀點看成由各種零件構成的機器。此理論以牛頓的機械唯物主義為哲學依據(jù)，并以英國人哈維的血液循環(huán)學說為代表。另一種是動態(tài)的，即把生物看作是漫長進化鏈條中一環(huán)的整體論，以英國人達爾文《物種起源》為代表學說。此理論主要從物競天擇、適者生存的角度動態(tài)地研究生物的整體運動。此時，生物已不再是神創(chuàng)造的產(chǎn)物，而是自然進化的結果。在這里，創(chuàng)世說已經(jīng)被徹底擱置在一邊了。整體論生物學方法論的興起本質上是近代科學的方法論在生物學領域的體現(xiàn)。事實上，近代的科學方法論正是以整體的認識論為前提，以科學實驗為依據(jù)，從而建立起來的一整套的科學研究方法體系。近代的數(shù)學、物理學、化學、哲學、社會科學、歷史等基礎學科也均遵循整體方法論自覺和不自覺的指導。整體論的科學方法論總的特征大致可以歸納為三重架構。首先，事物是整體性的。這是把事物作為整體研究的出發(fā)點。即所謂整體大于部分之和。其次，事物是運動性的。這反映出整體論對事物存在方式的基本判斷。最后，作為整體的運動是符合因果律的。譬如牛頓第一定律所闡述的，事物在未受外力作用時將始終保持靜止或勻速直線運動，直到外力的破壞為止。這為數(shù)學、邏輯和實證方法的應用提供了條件。具體到法國人拉美特里的人是機器的觀點，我們可以看到這樣的描述。人是一個機械的整體；這個人顯然是活動的；而且人的活動具有因果性。比如，人要舉起杠鈴，就必須消耗一定的能量。另一方面，就達爾文的進化論而言，任何生物個體也被認為是一個整體。生物是運動的，包括進化類型的運動。而根據(jù)環(huán)境因的不同，生物可以進化出形態(tài)和種類的果的不同[3]。從這個層面來看，整體論的確代表近代科學充分地回答了關于生物的許多問題。整體論的確立反映了近代生物學方法論對神學方法論的革命。神學的生物學方法論最終會被取代是由三個根源造成的。首先，神學方法論自身的缺陷，這是本次方法論革命發(fā)生的內(nèi)在根源。簡單地講，系統(tǒng)的、精確的和能夠被實證的生物學才是更容易被人們接受的。因此，當具備先進思想的方法論出現(xiàn)時，舊的方法論必然要被取代。其次，受十三世紀末至十六世紀出現(xiàn)的歐洲文藝復興、宗教改革和啟蒙運動興起的文化背景所影響。資產(chǎn)階級的崛起，神權和王權的衰落，以及人性的自我覺醒都使得人們對原有的整個神學體系開始進行極大的反思。這也構成了神學的生物學方法論遭到拋棄的原因之一。最后，生物的神學方法論本質上是一種極其主觀和強勢的方法論。譬如，當在解釋人類的外形為什么與其他動物不同時，神學方法論會告訴我們，這是因為神依照自己的樣子創(chuàng)造了人。這使得人們想到一句古希臘人色諾芬尼的名言，如果牛也有上帝的話，它必然也是有角的。這種諷刺體現(xiàn)了主觀的、臆斷的方法論相對客觀的、邏輯的方法論的孱弱，從而反映出近代科學水平的整體論在生物學領域扮演了推翻神學方法論的角色的理由。十分明顯，整體論的意義正體現(xiàn)在相對神學方法論的先進性上。不僅因為整體論符合近代科學的方法論和認識論，同時也因為整體論也符合近代科學進步的社會文化的需求，更因為整體論的客觀和開放性。然而考本究源，由于生物學的整體論是建立在近代科學理論基礎之上的一種方法論，因而也就決定了其必然也只能是一種線性的、可積的和原始的方法論。例如，整體論認為正常的心跳應該是規(guī)律的。根據(jù)個體的體質差異，健康人的心跳每分鐘應該在六十五次左右。而事實上，即便是同一個健康人，其心跳次數(shù)也不可能是規(guī)律的。不僅早晨、傍晚這樣的生物鐘因素會影響其心跳，冬天或夏天的溫度因素以及饑餓和飽腹的新陳代謝狀態(tài)等等因素也在影響著心跳的次數(shù)。這一反差體現(xiàn)了整體論中的機械唯物主義的特點。不僅如此，顯然還打著博物學烙印的整體論，與其說是對生物本身進行研究，不如說是大量關于生物的博物學知識的梳理和近代科學方法的簡單移植。另一方面，對數(shù)學和物理學的生硬套用以及近代科學技術水平的限制，使得當時的生物學也只能采取整體論的方法論。不得不說，生物是一種整體的觀點固然正確，但缺乏更加精細的科技手段的生物學無法更多地解釋生物的功能和機制，更不用說探討生命的本質問題了。這預示整體論勢必被更加先進的力量所取代。與此同時，我們發(fā)現(xiàn)整體論也并非經(jīng)典科學范式中的方法論。首先，我們并不能在那個時代找到具有真正現(xiàn)代科學意義上的科學共同體。當時的一個從事生物學研究的群體可能同時是由博物學家、化學家、物理學家，甚至是政治家和有神論者所共同組成的。例如，我們熟知的遺傳學創(chuàng)始人孟德爾本身即是一位牧師；而牛頓堅稱宇宙的第一推動來自上帝。其次，整體論也并非是當時研究生物的學者們所共同遵循的方法論，比如細胞學說。因此，我們只能說這是一種巧合的呈主流的方法論。而真正意義的整體論觀點的提出要推延至20世紀30年代。由此我們可以判定，當時的生物學是萌芽階段的科學，當時的整體論也是一種被動的后知后覺的方法論。最后，此時的整體論也并非絕對意義上的整體論。因為此時染色體學說已經(jīng)誕生，這已經(jīng)是明顯的還原論的雛形。唯一不能讓整體論被取代的原因是此時的還原論還遠遠不能稱之為一種成熟的方法論，或者說尚不能系統(tǒng)地指導生物學的實踐。那么，究竟是什么使得還原論終于擺脫整體論的束縛，進而成為一種現(xiàn)代主流的生物學方法論的呢？二、還原論還原論是生物學歷史第二個重要的方法論，其萌芽于十九世紀整體論階段的細胞學說和遺傳學說，興盛于分子生物學和基因組學，作用一直綿延至今。當人們認識到整體論的生物學方法論并不能幫助人們進入到生物學的核心問題的時候，尤其是認識到過去的神學生物學方法論本身其實也帶有某種整體論的影子以后，一般的本能反應是采取一個與整體論截然相反的理論。這就是把整體分解為部分，乃至分解到不能再分為止的方法進路[4]。我們稱之為還原論的生物學方法論的革命。其根本宗旨是把生物的功能和機制還原為物理運動和化學反應并進行研究。還原論對生物學的作用主要體現(xiàn)在三個重要領域之中。(1)生物物理學。其作為物理學與生物學的交叉學科，主要是通過應用物理學的原理和方法來研究生物的結構、功能及其關系、生命活動的物理、化學過程和物質在生命活動過程中體現(xiàn)的物理特性等，從而闡明生物在特定的空間、時間內(nèi)的物質、能量和信息的變化規(guī)律。(2)生物化學。一種采用化學的原理和方法對生命物質進行研究的學科。其工作主要是為了探索生物的化學成分、構造及生命功能中的化學反應。生物化學不僅涉及生物總體組成的化學，也對生物組織以及細胞的化學構成做精確解析。譬如，通過對重要的生物大分子(如蛋白質、核酸等)進行生物化學研究，從而闡述此類大分子的多重功能和生物結構的關系。(3)分子生物學。這是一門從分子水平來研究生物的各種現(xiàn)象的分支生命科學。分子生物學試圖經(jīng)由對生物大分子(核酸、蛋白質)的結構、功能和生物合成等方面的研究來闡明其內(nèi)在的機制。其主要研究內(nèi)容包括：光合作用、發(fā)育的分子機制、神經(jīng)功能原理、癌的發(fā)生機制等。以上現(xiàn)代生物學的成就中還原論的貢獻居功至偉。因為如果我們不把生物還原到物理學、化學乃至分子水平，就無法發(fā)現(xiàn)其中所蘊含的諸多規(guī)律和現(xiàn)象，比如：遺傳和變異。但是，與之前的整體論一樣，采取這種方法論，與其說是生物學的科學共同體自發(fā)自覺所采取的策略，更不如說是整個科學界從物理學領域發(fā)端的還原論大潮的波及所致。其暗示生物學和生物學研究的客體——生物本身仍然缺乏某種最為本質的聯(lián)系，而并非生物學界的主觀價值或集體愿望所致。如果我們再進一步研究這些成果，就不難得出這樣的結論：還原論的生物學方法論主要回答的是諸如怎么樣的問題。譬如，生物內(nèi)物質的物理運動是怎么樣的？生物內(nèi)的化學反應是怎么樣的？生物發(fā)育的分子機制是怎么樣的？如果對這類問題反思，我們會意識到還原論的生物學方法論其實并沒有更深入地回答為什么的問題。比如，為什么生物會有這樣的光合作用？為什么生物的神經(jīng)功能要這樣運作？生物為什么會產(chǎn)生癌癥？這就導致一個很明顯的反差，還原論生物學方法論對機制問題談的很多，但是原理問題卻談得很少。退一步講，當人們聲稱一個方法論比前一個方法論更加先進是因為它能回答和解決更多問題的時候，我們也要反思好的方法論是不是應該能夠回答更復雜的原理層面的問題。因為機制問題是描述問題的表層特征，是可以通過大量的實驗數(shù)據(jù)的搜集整理出來的。而原理才是解決科學研究的核心問題的關鍵，是功能機制背后的根本原因。這就好像神學方法論解釋了上帝是如何造人的，比如，在一天的時間內(nèi)，按照自己的形象造出來。但是，這種方法論并沒有真正解釋為什么神要用一天的時間造人的問題，也沒有回答為什么神要按自己的形象來造人的問題。但我們發(fā)現(xiàn)神學方法論還是可以用神意不可測的理由擋住所有原理性的質疑。相對而言，整體論中的達爾文的進化論反而能夠給出答案，這就是物競天擇和用進廢退。至此，人們不禁會問，還原論是否僅僅體現(xiàn)了科技水平的進步，而在方法論的內(nèi)核上卻展示了某種倒退呢？不得不承認，還原論的生物學方法論在解決認識論原理層面問題的時候是無力的，而且不能幫助我們提出任何科學哲學意義上的關于生命的結論。給人留下深刻印象的論著就是奧地利人薛定諤的《生命是什么》一書。此書試圖用物理和化學來解釋一切生命現(xiàn)象[5]。盡管這一基本思想極大地推動了20世紀分子生物學的發(fā)展，但是書中的很多觀點，諸如基因屬于一種非周期性的晶狀體；突變是基因分子中的量子躍遷等等觀點，本質就是我們今天看起來已經(jīng)落后的還原論的一種體現(xiàn)。因為，如果生命用這種方法來還原，一直還原到分子、原子，甚至還原到量子，人們依然會問，這些微觀粒子或者波動是生命本身嗎？答案顯然是否定的，或者至少是今天的科學界所難于普遍接受的。因此，這種研究方式注定是要犯一個公認的方向性錯誤。另一方面，我們發(fā)現(xiàn)這種缺陷所致的不利情況在還原論興盛的物理學領域卻并未受到絲毫影響。究其根本就是因為物理學本身的方法論非常重視原理層面的建設。有史以來，物理學從來就不回避諸如原子、分子是怎么來的，最終又會轉化成什么的問題；宇宙的起源是什么，乃至會不會有多重宇宙這樣的深入到物質本質的問題。對照來看，在還原論的生物學方法論中，生命的本質，乃至細胞的本質這樣的基本原理的問題，卻在生物學或者生命科學領域中經(jīng)常地有意無意地被忽略了。這最終導致還原論的生物學方法論最終成為了無本之木，成為了為還原而進行方法研究的方法論。三、新的整體論20世紀30年代的美籍奧地利人貝塔朗菲創(chuàng)立的系統(tǒng)科學以及還原論所逐步顯示出的諸多缺陷引發(fā)了第三次生物學方法論的革命即新的整體論的興起。生物學的方法論研究至此再次回歸到從整體的視角來看待生物的思路上來。所謂新的整體論就是今天系統(tǒng)生物學所采用的系統(tǒng)科學哲學的方法論。而系統(tǒng)生物學則是對生物系統(tǒng)組分的構成與關系、動態(tài)與發(fā)生進行研究，并以系統(tǒng)論和實驗、計算方法整合為特征的最新一代的生物學。經(jīng)過幾十年的理論準備，系統(tǒng)生物學家已經(jīng)初步奠定了關于建模、自組織和涌現(xiàn)等一系列基本生命問題的哲學基礎[6]。我們之所以把今天系統(tǒng)生物學階段的方法論稱之為新的整體論和整體論的回歸，是因為新的整體論的確與之前的整體論有很多重合的地方，但同時又具有時代的先進性。新的整體論可以歸結為以下三重架構。首先，事物是整體的而且是系統(tǒng)的和復雜的。其次，事物是運動性的而且是顯示出自組織特性的。這反映出新的整體論對事物存在方式的嶄新的基本判斷。最后，整體的活動是具有因果性的但卻是多線性的。那么，為什么新整體論可以成為超越還原論的新一代生物學方法論呢？進一步分析，我們發(fā)現(xiàn)新的整體論具有以下特點：第一，和以前的整體論和還原論不同，系統(tǒng)生物學的新的整體論的方法論一開始就為我們提供了關于生物的原理性的定義，而之前的整體論和還原論的方法論卻始終沒有對究竟什么是生命和生物做出正面的回答。新整體論認為：首先，生物是一個系統(tǒng)。而系統(tǒng)是具有特定結構和功能的整體。其次，生物是一個復雜系統(tǒng)，即具有相當數(shù)量規(guī)模個體組成部分并復雜運動的系統(tǒng)。最后，生物是一個復雜的自組織系統(tǒng)，即具有自行演化功能的復雜系統(tǒng)。無論這種方法論的探索是否能夠最終在未來經(jīng)受長久的考驗，新整體論的主張畢竟在解決原理問題層面符合了一個合格先進方法論的基本條件。第二，新的整體論是整合了還原論的整體論，而不是單一的整體論。而之前的還原論則是一種完全背離了整體論的方法論。之所以系統(tǒng)生物學能夠完全接納還原論，是因為今天的系統(tǒng)生物學的科學共同體可以理解部分是整體的部分，而整體是部分的整體。既然生物是一種復雜的自組織系統(tǒng)，還原論的方法論在處理系統(tǒng)組成部分的關系和作用時當然可以發(fā)揮積極作用。第三，新的整體論是在系統(tǒng)科學的多種理論、最新的生物學科技以及多重的研究進路的綜合背景下的融合產(chǎn)物。首先，新整體論不僅包含了系統(tǒng)論、信息論和控制論老一代的系統(tǒng)科學方法論，而且涵蓋了耗散結構理論、突變論和協(xié)同論新一代系統(tǒng)科學的方法論。其次，新整體論不僅繼承了博物生物學、實驗生物學的成果，還吸收了基因組學、蛋白組學和計算機模擬等最新科學技術。最后，新整體論不僅具有下而上的代謝和系統(tǒng)生理學的研究進路，而且還包括上而下的電生理學、動力學建模等學科的研究進路。至此，我們看到生物學發(fā)展到系統(tǒng)生物學階段已經(jīng)進入到方法論、科技手段和研究進路的極大豐富時期。而生物學新的整體論正是在這樣一個背景下誕生的。今天的系統(tǒng)生物學所運用的新的整體論主要應用于以下六個方面[7]：(1)對所研究對象整體的DNA、RNA、蛋白質和一切代謝產(chǎn)物做精確分析和測量，以明確系統(tǒng)的結構和所有組成部分以及相互關系。(2)對上述內(nèi)容進行動態(tài)性的系統(tǒng)和精確的研究。(3)對上述內(nèi)容進行計算機和數(shù)學的整合與模擬。(4)對生物系統(tǒng)的發(fā)育、病理、健康、腫瘤等現(xiàn)象做系統(tǒng)動態(tài)分析。(5)建立不同的系統(tǒng)模型來模擬生物系統(tǒng)。(6)運用發(fā)現(xiàn)和假說結合的手段，對模型和模型預設結果進行對照研究，最終達到目的和結果的統(tǒng)一，或者說達成認識論和方法論的相互印證。簡而言之，新的整體論的生物學方法論已經(jīng)在對認識論的貢獻、對原有方法論的繼承以及自身科學哲學的豐富完善和最新科技的吸收，乃至進路的選擇方面都具備了新一代方法論的充分準備。新整體論較先前的兩種方法論所做的最大程度的突破是從科學哲學理論上最終實現(xiàn)了整體大于部分之和的思想螺旋演變。這標志著整體論、還原論到新的整體論從線性到非線性、從可積到非可積、從原始到復雜的演進。我們發(fā)現(xiàn)，這一特點同時也符合唯物辯證法的事物否定之否定的發(fā)展規(guī)律。但是，無論如何系統(tǒng)生物學畢竟仍處于發(fā)展中階段，而一個學科由誕生、發(fā)展到真正成熟往往需要幾十年甚至更長的時間。因此，我們必須要明確目前的系統(tǒng)生物學的新整體論的方法論仍存在哪些誤區(qū)和問題，并放棄為之過早的樂觀態(tài)度。事實上，系統(tǒng)生物學并非不存在發(fā)展的瓶頸，例如以下一些問題。系統(tǒng)生物學是功能和機制生物學而不是進化生物學嗎？系統(tǒng)生物學往往是機械論的解釋嗎？我們究竟要如何才能很好地利用模型對分子機制進行解釋呢？涌現(xiàn)的屬性究竟是什么？以及我們始終決不能回避的生命究竟是什么的問題。這些問題不僅構成了系統(tǒng)生物學和新整體論生物學方法論研究的重要組成部分和探討的主題，而且也對新的整體論的生物學方法論的有效性帶來嚴重挑戰(zhàn)。另一方面，科學哲學的批判本能告訴我們還要小心新整體論的生物學方法論可能會帶來潛在的其他問題，如認識論和方法論之間的關系問題。我們知道認識論的功能主要是研究知識的范圍、前提和基礎，以及研究知識需要的一般客觀性。而作為認識世界和改造世界根本方法的方法論，其服務對象必然是認識論。但是，又稱為知識論的認識論本身并不是真理。既然階段性的認識論并非真理，那么其研究道路就必然是無限反復而又螺旋上升的。這些討論為我們繼續(xù)研究生物學方法論提供了更高級的標準。首先，生物是一個復雜的自組織系統(tǒng)，是一個生物學階段性的認識論。它并非生物學的終極認識。換句話說，我們現(xiàn)在把生物視為一種自組織的復雜系統(tǒng)離真理很可能還有很遠的距離。因此，我們必須對目前的生物或生命的系統(tǒng)生物學認識論保持一定程度的警惕，否則，就可能對建模和實驗產(chǎn)生延續(xù)性的問題。其次，新整體論的生物學方法論是為系統(tǒng)生物學的認識論服務的。它不僅會存在發(fā)展尚不成熟的問題，也同時必然會對認識論的積累和總結產(chǎn)生研究偏離的問題。即新整體論的方法論會對系統(tǒng)生物學的認識論帶來錯誤的誘導。最后，我們還要警惕不能滑向英國人赫胥黎不可知論的觀點，盲目認為除了感覺或現(xiàn)象之外，客觀世界是無法被最終認識的，進而對生物學的研究發(fā)生信心的動搖。我們要堅持幾百年來生物學的進展一定有其可取之處的判斷，堅持科學進步過程中即便是負面案例也對一套理論的完善具有積極作用的判斷。毫無疑問，從科學哲學的角度而言，科學究竟是什么的問題一天不能解決[8]，我們就仍不能坦言科學已經(jīng)完全把生命本質的問題解釋清楚了，盡管系統(tǒng)生物學的新整體論的方法論在過去的幾十年間為我們提供了大量科學哲學的結論。我們有理由相信生命的本質或許就蘊含在系統(tǒng)生物學的發(fā)展過程之中。必須明確的是生物學的最終目標始終都是要解決生命的本質問題。我們看到由方法論劃分的三個生物學階段分別解決了三個主要問題。整體論階段解決了生物宏觀進化的問題；還原論階段解決了生物微觀的物質基礎問題；新的整體論階段解決了生物的組成部分的構成、運動和發(fā)展的問題。盡管我們暫時仍然不能找到什么是生命本質的這類元問題的答案，但是生物學畢竟不斷在向這個目標靠近。事實上，在每一個生物學范式中，在其所屬的生物學方法論中往往都能找到下一個范式和下一個方法論的影子，比如整體論為新的整體論提供了框架，而還原論則為新的整體論提供了微觀的科學實驗技術手段；而且三次革命的推進體現(xiàn)出不斷遞進的過程揭示了只有對認識論的原理層面產(chǎn)生效果的方法論才是更為先進的方法論，也才可能對生命的本質問題的探索產(chǎn)