从整体论、还原论到新的整体论-论生物学方法论的革命Word版

整理为word格式整理为word格式整理为word格式从整体论、还原论到新的整体论——论生物学方法论的革命生物学方法论是人们从事生物学科研的系统方法的理论[1]。迄今为止，生物学大致经历了三次重大的方法论的革命，它们分别是整体论、还原论和新的整体论。事实上，每一次科学范式的转换过程中，相对科学技术进步而言，人们往往更加重视其方法论的革命。这是因为方法论通常对一门学科如何进行具体实践乃至真正做到科学共同体的承认更具有关键意义。那么，生物学的方法论究竟如何推动生物学的范式转换？每一次的方法论革命解决了哪些问题？存在哪些不足？生物学的方法论最终要向何处去？本文尝试以生物学方法论革命为主题，对生物学整体论、还原论和新的整体论方法论的一系列相关问题进行哲学思考。整理为word格式整理为word格式整理为word格式一、整体论生物学第一个经典的整体论方法论革命兴起在十七世纪到十九世纪欧洲，也是使生物学成为一门科学的重要方法论。所谓的生物学整体论是在近代的科学水平基础上发展出的一种把生物从整体角度研究的方法论[2]，并在生物学史上开创性地把神学的生物学和科学的生物学划分开来，这充分体现在瑞典人林奈的《自然系统》论著中。书中所提出的纲(class)、目(order)、属(genus)、种(species)的分类概念正是整体论生物学的首创。它标志着人类开始第一次自主地和系统地对动植物进行命名和分类。此时，上帝和诸神的作用已经开始被逐渐忽略。另一方面，整体论还特别为生物学发展出两条研究进路。一种是静态的，即把人和生物用简单、静止和机械的观点看成由各种零件构成的机器。此理论以牛顿的机械唯物主义为哲学依据，并以英国人哈维的血液循环学说为代表。另一种是动态的，即把生物看作是漫长进化链条中一环的整体论，以英国人达尔文《物种起源》为代表学说。此理论主要从物竞天择、适者生存的角度动态地研究生物的整体运动。此时，生物已不再是神创造的产物，而是自然进化的结果。在这里，创世说已经被彻底搁置在一边了。整体论生物学方法论的兴起本质上是近代科学的方法论在生物学领域的体现。事实上，近代的科学方法论正是以整体的认识论为前提，以科学实验为依据，从而建立起来的一整套的科学研究方法体系。近代的数学、物理学、化学、哲学、社会科学、历史等基础学科也均遵循整体方法论自觉和不自觉的指导。整体论的科学方法论总的特征大致可以归纳为三重架构。首先，事物是整体性的。这是把事物作为整体研究的出发点。即所谓整体大于部分之和。其次，事物是运动性的。这反映出整体论对事物存在方式的基本判断。最后，作为整体的运动是符合因果律的。譬如牛顿第一定律所阐述的，事物在未受外力作用时将始终保持静止或匀速直线运动，直到外力的破坏为止。这为数学、逻辑和实证方法的应用提供了条件。具体到法国人拉美特里的人是机器的观点，我们可以看到这样的描述。人是一个机械的整体；这个人显然是活动的；而且人的活动具有因果性。比如，人要举起杠铃，就必须消耗一定的能量。另一方面，就达尔文的进化论而言，任何生物个体也被认为是一个整体。生物是运动的，包括进化类型的运动。而根据环境因的不同，生物可以进化出形态和种类的果的不同[3]。从这个层面来看，整体论的确代表近代科学充分地回答了关于生物的许多问题。整体论的确立反映了近代生物学方法论对神学方法论的革命。神学的生物学方法论最终会被取代是由三个根源造成的。首先，神学方法论自身的缺陷，这是本次方法论革命发生的内在根源。简单地讲，系统的、精确的和能够被实证的生物学才是更容易被人们接受的。因此，当具备先进思想的方法论出现时，旧的方法论必然要被取代。其次，受十三世纪末至十六世纪出现的欧洲文艺复兴、宗教改革和启蒙运动兴起的文化背景所影响。资产阶级的崛起，神权和王权的衰落，以及人性的自我觉醒都使得人们对原有的整个神学体系开始进行极大的反思。这也构成了神学的生物学方法论遭到抛弃的原因之一。最后，生物的神学方法论本质上是一种极其主观和强势的方法论。譬如，当在解释人类的外形为什么与其他动物不同时，神学方法论会告诉我们，这是因为神依照自己的样子创造了人。这使得人们想到一句古希腊人色诺芬尼的名言，如果牛也有上帝的话，它必然也是有角的。这种讽刺体现了主观的、臆断的方法论相对客观的、逻辑的方法论的孱弱，从而反映出近代科学水平的整体论在生物学领域扮演了推翻神学方法论的角色的理由。十分明显，整体论的意义正体现在相对神学方法论的先进性上。不仅因为整体论符合近代科学的方法论和认识论，同时也因为整体论也符合近代科学进步的社会文化的需求，更因为整体论的客观和开放性。然而考本究源，由于生物学的整体论是建立在近代科学理论基础之上的一种方法论，因而也就决定了其必然也只能是一种线性的、可积的和原始的方法论。例如，整体论认为正常的心跳应该是规律的。根据个体的体质差异，健康人的心跳每分钟应该在六十五次左右。而事实上，即便是同一个健康人，其心跳次数也不可能是规律的。不仅早晨、傍晚这样的生物钟因素会影响其心跳，冬天或夏天的温度因素以及饥饿和饱腹的新陈代谢状态等等因素也在影响着心跳的次数。这一反差体现了整体论中的机械唯物主义的特点。不仅如此，显然还打着博物学烙印的整体论，与其说是对生物本身进行研究，不如说是大量关于生物的博物学知识的梳理和近代科学方法的简单移植。另一方面，对数学和物理学的生硬套用以及近代科学技术水平的限制，使得当时的生物学也只能采取整体论的方法论。不得不说，生物是一种整体的观点固然正确，但缺乏更加精细的科技手段的生物学无法更多地解释生物的功能和机制，更不用说探讨生命的本质问题了。这预示整体论势必被更加先进的力量所取代。与此同时，我们发现整体论也并非经典科学范式中的方法论。首先，我们并不能在那个时代找到具有真正现代科学意义上的科学共同体。当时的一个从事生物学研究的群体可能同时是由博物学家、化学家、物理学家，甚至是政治家和有神论者所共同组成的。例如，我们熟知的遗传学创始人孟德尔本身即是一位牧师；而牛顿坚称宇宙的第一推动来自上帝。其次，整体论也并非是当时研究生物的学者们所共同遵循的方法论，比如细胞学说。因此，我们只能说这是一种巧合的呈主流的方法论。而真正意义的整体论观点的提出要推延至20世纪30年代。由此我们可以判定，当时的生物学是萌芽阶段的科学，当时的整体论也是一种被动的后知后觉的方法论。最后，此时的整体论也并非绝对意义上的整体论。因为此时染色体学说已经诞生，这已经是明显的还原论的雏形。唯一不能让整体论被取代的原因是此时的还原论还远远不能称之为一种成熟的方法论，或者说尚不能系统地指导生物学的实践。那么，究竟是什么使得还原论终于摆脱整体论的束缚，进而成为一种现代主流的生物学方法论的呢？二、还原论还原论是生物学历史第二个重要的方法论，其萌芽于十九世纪整体论阶段的细胞学说和遗传学说，兴盛于分子生物学和基因组学，作用一直绵延至今。当人们认识到整体论的生物学方法论并不能帮助人们进入到生物学的核心问题的时候，尤其是认识到过去的神学生物学方法论本身其实也带有某种整体论的影子以后，一般的本能反应是采取一个与整体论截然相反的理论。这就是把整体分解为部分，乃至分解到不能再分为止的方法进路[4]。我们称之为还原论的生物学方法论的革命。其根本宗旨是把生物的功能和机制还原为物理运动和化学反应并进行研究。还原论对生物学的作用主要体现在三个重要领域之中。(1)生物物理学。其作为物理学与生物学的交叉学科，主要是通过应用物理学的原理和方法来研究生物的结构、功能及其关系、生命活动的物理、化学过程和物质在生命活动过程中体现的物理特性等，从而阐明生物在特定的空间、时间内的物质、能量和信息的变化规律。(2)生物化学。一种采用化学的原理和方法对生命物质进行研究的学科。其工作主要是为了探索生物的化学成分、构造及生命功能中的化学反应。生物化学不仅涉及生物总体组成的化学，也对生物组织以及细胞的化学构成做精确解析。譬如，通过对重要的生物大分子(如蛋白质、核酸等)进行生物化学研究，从而阐述此类大分子的多重功能和生物结构的关系。(3)分子生物学。这是一门从分子水平来研究生物的各种现象的分支生命科学。分子生物学试图经由对生物大分子(核酸、蛋白质)的结构、功能和生物合成等方面的研究来阐明其内在的机制。其主要研究内容包括：光合作用、发育的分子机制、神经功能原理、癌的发生机制等。以上现代生物学的成就中还原论的贡献居功至伟。因为如果我们不把生物还原到物理学、化学乃至分子水平，就无法发现其中所蕴含的诸多规律和现象，比如：遗传和变异。但是，与之前的整体论一样，采取这种方法论，与其说是生物学的科学共同体自发自觉所采取的策略，更不如说是整个科学界从物理学领域发端的还原论大潮的波及所致。其暗示生物学和生物学研究的客体——生物本身仍然缺乏某种最为本质的联系，而并非生物学界的主观价值或集体愿望所致。如果我们再进一步研究这些成果，就不难得出这样的结论：还原论的生物学方法论主要回答的是诸如怎么样的问题。譬如，生物内物质的物理运动是怎么样的？生物内的化学反应是怎么样的？生物发育的分子机制是怎么样的？如果对这类问题反思，我们会意识到还原论的生物学方法论其实并没有更深入地回答为什么的问题。比如，为什么生物会有这样的光合作用？为什么生物的神经功能要这样运作？生物为什么会产生癌症？这就导致一个很明显的反差，还原论生物学方法论对机制问题谈的很多，但是原理问题却谈得很少。退一步讲，当人们声称一个方法论比前一个方法论更加先进是因为它能回答和解决更多问题的时候，我们也要反思好的方法论是不是应该能够回答更复杂的原理层面的问题。因为机制问题是描述问题的表层特征，是可以通过大量的实验数据的搜集整理出来的。而原理才是解决科学研究的核心问题的关键，是功能机制背后的根本原因。这就好像神学方法论解释了上帝是如何造人的，比如，在一天的时间内，按照自己的形象造出来。但是，这种方法论并没有真正解释为什么神要用一天的时间造人的问题，也没有回答为什么神要按自己的形象来造人的问题。但我们发现神学方法论还是可以用神意不可测的理由挡住所有原理性的质疑。相对而言，整体论中的达尔文的进化论反而能够给出答案，这就是物竞天择和用进废退。至此，人们不禁会问，还原论是否仅仅体现了科技水平的进步，而在方法论的内核上却展示了某种倒退呢？不得不承认，还原论的生物学方法论在解决认识论原理层面问题的时候是无力的，而且不能帮助我们提出任何科学哲学意义上的关于生命的结论。给人留下深刻印象的论著就是奥地利人薛定谔的《生命是什么》一书。此书试图用物理和化学来解释一切生命现象[5]。尽管这一基本思想极大地推动了20世纪分子生物学的发展，但是书中的很多观点，诸如基因属于一种非周期性的晶状体；突变是基因分子中的量子跃迁等等观点，本质就是我们今天看起来已经落后的还原论的一种体现。因为，如果生命用这种方法来还原，一直还原到分子、原子，甚至还原到量子，人们依然会问，这些微观粒子或者波动是生命本身吗？答案显然是否定的，或者至少是今天的科学界所难于普遍接受的。因此，这种研究方式注定是要犯一个公认的方向性错误。另一方面，我们发现这种缺陷所致的不利情况在还原论兴盛的物理学领域却并未受到丝毫影响。究其根本就是因为物理学本身的方法论非常重视原理层面的建设。有史以来，物理学从来就不回避诸如原子、分子是怎么来的，最终又会转化成什么的问题；宇宙的起源是什么，乃至会不会有多重宇宙这样的深入到物质本质的问题。对照来看，在还原论的生物学方法论中，生命的本质，乃至细胞的本质这样的基本原理的问题，却在生物学或者生命科学领域中经常地有意无意地被忽略了。这最终导致还原论的生物学方法论最终成为了无本之木，成为了为还原而进行方法研究的方法论。三、新的整体论20世纪30年代的美籍奥地利人贝塔朗菲创立的系统科学以及还原论所逐步显示出的诸多缺陷引发了第三次生物学方法论的革命即新的整体论的兴起。生物学的方法论研究至此再次回归到从整体的视角来看待生物的思路上来。所谓新的整体论就是今天系统生物学所采用的系统科学哲学的方法论。而系统生物学则是对生物系统组分的构成与关系、动态与发生进行研究，并以系统论和实验、计算方法整合为特征的最新一代的生物学。经过几十年的理论准备，系统生物学家已经初步奠定了关于建模、自组织和涌现等一系列基本生命问题的哲学基础[6]。我们之所以把今天系统生物学阶段的方法论称之为新的整体论和整体论的回归，是因为新的整体论的确与之前的整体论有很多重合的地方，但同时又具有时代的先进性。新的整体论可以归结为以下三重架构。首先，事物是整体的而且是系统的和复杂的。其次，事物是运动性的而且是显示出自组织特性的。这反映出新的整体论对事物存在方式的崭新的基本判断。最后，整体的活动是具有因果性的但却是多线性的。那么，为什么新整体论可以成为超越还原论的新一代生物学方法论呢？进一步分析，我们发现新的整体论具有以下特点：第一，和以前的整体论和还原论不同，系统生物学的新的整体论的方法论一开始就为我们提供了关于生物的原理性的定义，而之前的整体论和还原论的方法论却始终没有对究竟什么是生命和生物做出正面的回答。新整体论认为：首先，生物是一个系统。而系统是具有特定结构和功能的整体。其次，生物是一个复杂系统，即具有相当数量规模个体组成部分并复杂运动的系统。最后，生物是一个复杂的自组织系统，即具有自行演化功能的复杂系统。无论这种方法论的探索是否能够最终在未来经受长久的考验，新整体论的主张毕竟在解决原理问题层面符合了一个合格先进方法论的基本条件。第二，新的整体论是整合了还原论的整体论，而不是单一的整体论。而之前的还原论则是一种完全背离了整体论的方法论。之所以系统生物学能够完全接纳还原论，是因为今天的系统生物学的科学共同体可以理解部分是整体的部分，而整体是部分的整体。既然生物是一种复杂的自组织系统，还原论的方法论在处理系统组成部分的关系和作用时当然可以发挥积极作用。第三，新的整体论是在系统科学的多种理论、最新的生物学科技以及多重的研究进路的综合背景下的融合产物。首先，新整体论不仅包含了系统论、信息论和控制论老一代的系统科学方法论，而且涵盖了耗散结构理论、突变论和协同论新一代系统科学的方法论。其次，新整体论不仅继承了博物生物学、实验生物学的成果，还吸收了基因组学、蛋白组学和计算机模拟等最新科学技术。最后，新整体论不仅具有下而上的代谢和系统生理学的研究进路，而且还包括上而下的电生理学、动力学建模等学科的研究进路。至此，我们看到生物学发展到系统生物学阶段已经进入到方法论、科技手段和研究进路的极大丰富时期。而生物学新的整体论正是在这样一个背景下诞生的。今天的系统生物学所运用的新的整体论主要应用于以下六个方面[7]：(1)对所研究对象整体的DNA、RNA、蛋白质和一切代谢产物做精确分析和测量，以明确系统的结构和所有组成部分以及相互关系。(2)对上述内容进行动态性的系统和精确的研究。(3)对上述内容进行计算机和数学的整合与模拟。(4)对生物系统的发育、病理、健康、肿瘤等现象做系统动态分析。(5)建立不同的系统模型来模拟生物系统。(6)运用发现和假说结合的手段，对模型和模型预设结果进行对照研究，最终达到目的和结果的统一，或者说达成认识论和方法论的相互印证。简而言之，新的整体论的生物学方法论已经在对认识论的贡献、对原有方法论的继承以及自身科学哲学的丰富完善和最新科技的吸收，乃至进路的选择方面都具备了新一代方法论的充分准备。新整体论较先前的两种方法论所做的最大程度的突破是从科学哲学理论上最终实现了整体大于部分之和的思想螺旋演变。这标志着整体论、还原论到新的整体论从线性到非线性、从可积到非可积、从原始到复杂的演进。我们发现，这一特点同时也符合唯物辩证法的事物否定之否定的发展规律。但是，无论如何系统生物学毕竟仍处于发展中阶段，而一个学科由诞生、发展到真正成熟往往需要几十年甚至更长的时间。因此，我们必须要明确目前的系统生物学的新整体论的方法论仍存在哪些误区和问题，并放弃为之过早的乐观态度。事实上，系统生物学并非不存在发展的瓶颈，例如以下一些问题。系统生物学是功能和机制生物学而不是进化生物学吗？系统生物学往往是机械论的解释吗？我们究竟要如何才能很好地利用模型对分子机制进行解释呢？涌现的属性究竟是什么？以及我们始终决不能回避的生命究竟是什么的问题。这些问题不仅构成了系统生物学和新整体论生物学方法论研究的重要组成部分和探讨的主题，而且也对新的整体论的生物学方法论的有效性带来严重挑战。另一方面，科学哲学的批判本能告诉我们还要小心新整体论的生物学方法论可能会带来潜在的其他问题，如认识论和方法论之间的关系问题。我们知道认识论的功能主要是研究知识的范围、前提和基础，以及研究知识需要的一般客观性。而作为认识世界和改造世界根本方法的方法论，其服务对象必然是认识论。但是，又称为知识论的认识论本身并不是真理。既然阶段性的认识论并非真理，那么其研究道路就必然是无限反复而又螺旋上升的。这些讨论为我们继续研究生物学方法论提供了更高级的标准。首先，生物是一个复杂的自组织系统，是一个生物学阶段性的认识论。它并非生物学的终极认识。换句话说，我们现在把生物视为一种自组织的复杂系统离真理很可能还有很远的距离。因此，我们必须对目前的生物或生命的系统生物学认识论保持一定程度的警惕，否则，就可能对建模和实验产生延续性的问题。其次，新整体论的生物学方法论是为系统生物学的认识论服务的。它不仅会存在发展尚不成熟的问题，也同时必然会对认识论的积累和总结产生研究偏离的问题。即新整体论的方法论会对系统生物学的认识论带来错误的诱导。最后，我们还要警惕不能滑向英国人赫胥黎不可知论的观点，盲目认为除了感觉或现象之外，客观世界是无法被最终认识的，进而对生物学的研究发生信心的动摇。我们要坚持几百年来生物学的进展一定有其可取之处的判断，坚持科学进步过程中即便是负面案例也对一套理论的完善具有积极作用的判断。毫无疑问，从科学哲学的角度而言，科学究竟是什么的问题一天不能解决[8]，我们就仍不能坦言科学已经完全把生命本质的问题解释清楚了，尽管系统生物学的新整体论的方法论在过去的几十年间为我们提供了大量科学哲学的结论。我们有理由相信生命的本质或许就蕴含在系统生物学的发展过程之中。必须明确的是生物学的最终目标始终都是要解决生命的本质问题。我们看到由方法论划分的三个生物学阶段分别解决了三个主要问题。整体论阶段解决了生物宏观进化的问题；还原论阶段解决了生物微观的物质基础问题；新的整体论阶段解决了生物的组成部分的构成、运动和发展的问题。尽管我们暂时仍然不能找到什么是生命本质的这类元问题的答案，但是生物学毕竟不断在向这个目标靠近。事实上，在每一个生物学范式中，在其所属的生物学方法论中往往都能找到下一个范式和下一个方法论的影子，比如整体论为新的整体论提供了框架，而还原论则为新的整体论提供了微观的科学实验技术手段；而且三次革命的推进体现出不断递进的过程揭示了只有对认识论的原理层面产生效果的方法论才是更为先进的方法论，也才可能对生命的本质问题的探索产