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生物學自主性與物理科學的理論構建
生物學自主性與物理科學的理論構建
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  將自然界劃分為無機界與生命界,是人類認識的最基本劃分。生命現象是人類最基本的直觀經驗之一。這是解釋生命界的生物學理論自主于解釋無機界的物理科學的原因。這種自主性的形式表現在:①直接針對生命現象建立一個獨立于物理科學的演繹體系;②生命現象以功能或目的性預設形式出現在生物學中,使其具有了功能或目的性解釋的成分;③生物學及生命現象參預物理科學的理論構建。因此,生物學自主性并非必須表現具有獨立于物理科學的規律或定律,而物理科學在其構建中過程中也應是對生物學及生命現象開放的體系。
  困擾筆者的一個問題是生命現象或生物學陳述是否會對物理學定律發生證偽事件,引起物理學理論的修正?無論是證實,還是證偽,理論陳述與觀察陳述之間必須存在著可能的演繹關系,而生物學陳述中的一些成分與物理學陳述在演繹關系上的不相關,似乎是當前對生物學自主性認識的根本所在。這種認識基本是這樣的:①生命科學具有獨立于物理科學(包括化學)的規律或定律;②生命科學的解釋框架不同物理科學的演繹解釋框架。本文試圖對生物學自主性提出一個新的理解,它與物理科學的理論構建密切相關,并由此解決演繹邏輯上相關與否的問題。
   1 生物學自主性在以往理論結構上的表現
   (1)生物學理論的公理化嘗試
  生物學具有獨特的內容,可建立一個與物理科學并行的演繹體系,這種觀念導致了對生物學進行公理化處理的嘗試。伍德格爾(J.H.Woodger)早在1937年就試圖對孟德爾遺傳學定律進行公理化處理,但未引起人們的注意、到七十年代,在生物哲學界發生了達爾文進化論是否屬于科學理論的爭論。在這種背景下,威廉斯(M.B.Williams)在1970年給出了關于達爾文進化論的完整公理化模型理論〔1〕,它包括兩個初始概念、進化的兩個公理、有關適應和選擇的五個公理、適應度的操作定義,由這些可推導出達爾文理論的一切概念和關系或定理〔2〕。
  威廉斯的體系只是直接從宏觀上對進化的原始概念和公理的認定,脫離了微觀的遺傳學機制。還原論者認為,僅僅將進化論改造為演繹體系是不夠的,還應當在物理科學與這個演繹體系之間建立起邏輯演繹關系。因此,魯斯(M.Ruse)建議,群體遺傳學應是進化論的演繹基礎〔3〕,首先應闡明從群體遺傳學到進化論的演繹關系,而公理化處理后的群體遺傳學體系,其邏輯公理則是孟德爾遺傳定律。然后,再將孟德爾定律作為演繹結果從分子生物學中導出。
  在下文的分析中將會看到,分子生物學本身就不是一個純粹的演繹體系,并且它與經典遺傳學之間存在著邏輯蘊涵上的脫節。這是生物學自主性的一種表現,其根源來之于演繹體系的構建之始,即演繹的公理和原始概念直接來之于生命界,從而獨立于或自主于以無機界為研究對象和直觀經驗來源的物理科學。這種構建過程的合理性在于,人類的直觀經驗有兩大類或兩個來源,除了無機界之外,還有生命世界的生命現象。人們無法漠視生命這一獨立于無機界的現象或實體的存在,因而它們也成為人類直觀經驗的基礎。
  (2)分子生物學中的功能性解釋
  事實上,在諸如分子遺傳對經典遺傳學的還原,那一部分不能還原的獨特內容,以功能預設或目的性預設的形式出現。
  對孟德爾遺傳學稍加考察,便可發現,它首先直接從遺傳現象和數據中設定了一個生命實體即遺傳因子(后來稱為“基因”),接著給予了這一實體兩個承諾:第一,它們既可以彼此分離,又可以再組合;第二,它們自身帶有某種生物學性質,這種性質是使生物體顯示某種性狀的原因。在孟德爾遺傳學或以此為基礎的公理化體系中,不必給予這兩個承諾以解釋,因為遺傳因子在此是最基本的實體。但是,當分子遺傳學從實體上將基因與DNA片段相對應,或者說將前者還原為后者,隨之而來的則必須從DNA分子行為上給予這兩個承諾以解釋,并且只有演繹的解釋,才能達到理論還原的要求。
  然而,分子生物學對經典遺傳學的所謂還原,只達到了對第一個承諾的還原,可以從DNA分子的性質和行為來解釋遺傳因子或基因的分離與組合。而關鍵是第二個承諾,無法對此給予從DNA分子到遺傳性狀的上行演繹解釋,例如,在將性性狀與蛋白質相對應的解釋中,DNA堿基順序代表了基因即遺傳信息,而遺傳信息是從生物學功能角度來定義(而不是從DNA分子的性質及行為來定義),涉及到與細胞器和其他生物學成分的關系,涉及到與細胞器和其他生物學成分的關系,涉及到轉錄、合成、生長、發育等一系列過程,即它是從生命整體角度來定義的。DNA分子的行為與性質并沒有蘊涵遺傳信息的概念,因此,DNA決不等于基因。在這里,體現了功能性解釋的特點;基因的含義有一部分是從這一實體或DNA分子在生命整體中所具有的功能這一方面來定義的。人類直觀經驗之一的生命現象在此以功能預設的方式參預了理論的構建,所以,生物學在理論上的自主性,并沒有由于分子生物學所謂的還原而消失。內格爾(E.Nagel)、羅森伯格(A.Rosenberg)等人把功能(或目的性)解釋看成生物學自主性的依據和根源。
  2功能性(目的性)、演繹性和理論構建
  由于功能預設的存在,使得生物學解釋框架不同于物理科學。那么,在生物學理論中,是否能實現一種從功能解釋模式框架向演繹解釋框架的模式轉換,在消除功能預設的同時,又不破壞分子與生命之間的聯系呢?模式的建立與科學理論的構建過程相關,通過其構建過程的分析,對于模式轉換問題有著莫大的啟示。
  演繹性解釋框架模式如下:
(1)L1,L2,……,Lr                解釋性陳述或前提(2)C1,C2,……,Ck━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━(3)E            解釋對象
  其中,L1……Lr是規律般的全稱陳述,C1………Ck是關于初始條件的特稱陳述,E是描述單個事件的特稱陳述,也就是對要給予解釋的現象的陳述。如果E能夠作(1)中的全稱陳述和(2)中的初始條件的特稱陳述的演繹結果,則它就得到了解釋〔4〕。這種解釋框架實際上就是要對自然現象尋求一種因果性解釋:如果條件C1、C2…Ck存在,則必有現象E出現。
  一個嚴密的、完美的科學理論體系必須使用這種解釋框架,這已成為一種模式。從物理學到化學,基本上已達到了這種要求。而生命現象的特殊性,如趨目的性,使我們在傳統的生物學理論中仍到處采用目的性或功能性解釋,特征是以未來的一種既定狀態作為當下行為的依據,或以生命現象為整體背景,以組成部分(如分子)對整體所具有的功能作為組成部分的行為依據,因而我們常采用這樣的語句:“為了達到某種目的而如何”,或“……具有使達到某種目的功能或作用”。功能的依據不能僅僅從組成部分本身的性質給出,必須依據整體的狀態才能得以解釋。〔5〕因此,這一框架與人們尋求自然界因果關系的精神不相吻合。
  演繹體系的建立,主要在于規律性全稱陳述的建立,即定律、原理建立。在這個過程中,解釋的對象先是作為經驗基礎參預了定律的構建,例如,對無機界實體及其性質的認定,依據于宏觀的經驗現象和數據,然后,回過頭來演繹解釋其他現象。既使遇到新的觀察事實,它與規律性的全稱陳述的演繹結果不符甚至相反,也可以通過修正或證偽的途徑,或修改、或重建規律性的全稱陳述。證偽,也是“解釋對象”參預構建“解釋前提”的途徑之一。由此保證了演繹性解釋框架在物理科學中的有效性。
  解釋對象,將其看成一個集合,其中某些“元素”作為經驗基礎參預了理論構建,從而內化于解釋的前提。這樣的解釋前提,再去解釋其他“元素”時,可能會發生以下三種情況。第一,演繹的結果與新的解釋對象相符,從而得以證實和支持;第二,演繹結果與新的解釋對象不符,發生證偽,因而要對理論進行修正,新的解釋對象就此參預了理論構建;第三,解釋前提的演繹結果,與新的解釋對象無關,既不證偽,也不證實。
  第三種情況對于我們非常重要。在這種情況下,我們需要以此為經驗基礎,構建新的解釋前提。這是物理科學體系中并非存在唯一的解釋前提的原因。重要的是,生命現象對于物理科學中的解釋前提來說,也正是處于既不證實、也不證偽的境遇。但,第一,它沒有參預構建新的解釋前提,第二,它也沒有作為解釋對象:生物大分子行為的結果,只局限于物理、化學領域內,生命的特性似乎游離于分子行為之外。作為解釋對象和參預解釋前提的構建,二方面具有潛在的統一性,而生命現象以另一種形式出現,即在解釋之先作為一個其作用類似于解釋前提的目的性或功能性預設。當然,它并不與解釋前提等同。事實上,正是由于它的存在,才代表了與演繹框架不同的目的性或功能性解釋框架。下圖表示出分子生物學理論中同時采用的兩種框架之間的關系:
┏━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━┓┃ 解          生          解   ┃┃ 釋 ━━━━━━━━→ 物 ━━━━━━━━→ 釋   ┃┃ 前 演繹或因果關系  大 演繹或因果關系  對   ┃┃ 提          分          象   ┃┃ C1         子          E   ┃┃            行              ┃┃            為              ┃┃            C2             ┃┗━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━┛           ↑           ┃賦予生物學意義整體的生命現象(目的性或功能預設)
  方框內是演繹解釋的框架,解釋前提C1是指以微觀實體為起點構成的物理科學解釋前提,它來之于物理科學的理論構建過程;解釋對象E是指用物理和化學手段將生物體進行處理后,形成的無機環境背景下所顯示出的現象,如DNA晶體的X射線衍射圖、試管中的化學現象;生物大分子行為C2是指諸如DNA、蛋白質等行為過程;目的性或功能性預設來之于對宏觀生命現象的認定,它不是作為解釋的對象,而是賦予生物大分子行為以生物學意義,賦予DNA堿基變化以“變異”的意義,賦予血紅蛋白與O2、CO2的結合與分離以“呼吸”的意義,即生物大分子的活動或行為都必須指向生命整體,以其為最終目標。在這種框架中,生物大分子的行為只是一種形式或“載體”,負載著生命現象所賦予的意義,這是分子本身并不邏輯地蘊涵著有關生命特征的概念的原因。
  人類對于生命現象的直觀經驗,在此以目的性或功能性預設的形式出現,這提示我們,生命現象要融于物理科學的演繹體系,其本身要參預物理科學的解釋前提的構建,從而使其從這種預設的形式轉換為某種內化于解釋前提中的成分。
  我們從化學還原為物理學的歷程中受到一種虛幻的鼓舞,從而忙于將生命還原為已有的物理科學定律,這是一種狹隘的還原主義。化學現象之所以可以成為物理學解釋前提的演繹結果,是因為物理學的解釋前提不僅僅屬于物理學,而是二門學科共同享有。
  量子化學的誕生與發展,是化學從理論上成為物理學演繹體系的一部分的標志。這一度使人相信在生物學中也可以發生類似事件。但是,從理論構建歷史中可以發現,生物學與化學,二者在同物理學的“親緣”關系上存在著巨大差異。用來作為化學現象的解釋前提的微觀物理學同化學本身有著極深的淵源關系。只要羅列一下原子結構、量子力學的形成歷史就足以說明這一點。
  早期化學    ↓   原子論    ↓   元素論     量子化學 ←──┐    ↓       ↑     │  元素周期律←─→電子運動理論  │    ↓             │  原子結構論←─→ 量子力學 ───┘
  ①道爾頓所創立的原子論,首先是化學理論,為近代化學奠定了理論基礎,其動機則是期望用經典力學的觀念來解釋化學;
  ②元素及原子一開始是化學研究的對象,也是一個化學概念,以后成為物理學研究的對象;元素周期律是化學體系中舉足輕重的理論;
  ③原子論、元素周期律導致了原子結構理論的誕生,以及成為電子運動理論誕生的契機;
  ④玻爾創立量子理論的基礎是原子結構模型、氫光譜及巴爾末公式;而量子力學首先對分子最成功的解釋正是對氫分子的說明,因而誕生了最子化學;
  ⑤量子力學、電子運動理論是量子化學的理論基礎。
  因此,用來演繹解釋化學的那部分物理學理論,首先是從化學走出來的,微觀物理學便“天生”具有了解釋化學的胎記。這種歷史性的構建過程,保證了它們的概念、命題、現象之間存在著天然的邏輯蘊涵關系和證偽、修正關系。
  對于生物學來說,只需指出下面一點就足夠了;物理學、化學的理論構沒有采納生命界的任何生命現象的特征,或者說生命現象沒有參預物理學、化學的理論構建。至少在系統理論、耗散結構理論或自組織理論建立之前是這樣的。
   3廣義還原與生物學自主性的新含義
  在狹隘的還原主義看來,僅從無機界現象中構建起來的理論諸如實體的性質、行為、運動規律等,相對于生命世界來說,無可懷疑地有著先天的真理性,是永恒的基石,對它的證偽、修正或完備性的補充,只能在對無機界的研究中進行,而生物學、生命現象只能動地等待著解釋和還原。針對于此,我們應持有一種廣義的還原主義,將物理學理論或演繹的解釋前提體系看成一個對生物學、生命現象開放的理論體系。系統理論的奠基人貝塔朗菲、控制論的創立者維納無不受到生命現象的啟迪。正如貝塔朗菲所建議:考慮到有機體具有整體性,會發育、變異、生長,為了描述它們,我們必須運用調節、控制、競爭這些傳統自然科學(主要指物理學、化學)沒有的新概念。〔6〕另一個著名事例是耗散結構理論誕生于熱力學理論對于生命自組織性的不完備性。
  生命界的各種現象中,是否存在著對現有物理學、化學定律證偽的事件,是否能象黑體輻射現象對經典物理學進行證偽從而賦予基本粒子以一種全新的行為和性質,到現在為止還不得而知。現在的情況是生命現象對正統的物理學既不證實也不證偽,而系統理論、耗散結構論、超循環論等新興學科,正在吸收生命現象的特征,并與正統物理學相聯系。
  對于這個問題,如果認為“生物學能否還原為物理科學與能否用物質的原因闡釋生命現象”是兩個問題〔7〕,那是不妥的。將兩個問題截然分開的根源在于把物理科學所研究的物質運動規律封閉于無機界,同時認為生物界中的物質運動規律獨立于物理、化學規律,也就是獨立于無機界。但是,只要承認生命來之于無機界,就無法把無機界的運動規律與生命界運動規律絕對地劃界,因而也就不應在物理、化學與生物學理論之間人為地劃出一條不可通約的鴻溝。物理學的還原地位是先天的,這是它所研究的對象決定的。即使生命界存在許多現有物理學所不能解釋的現象,甚至出現與現有物理學規律相悖的現象,也不應成為生命運動規律獨立于物理規律、生物學獨立于物理學的理由。生命界存在物理學不能解釋的現象(或與物理學定律無關),說明物理學的內容還不完備,有待于充實、豐富和發展;如果相悖,說明二者至少有一方是錯誤的,要么修正物理學,要么修正生物學規律,要么二都有待于修正,以達到邏輯上的統一。辯證唯物主義認為,物理學和化學規律在生命體中的作用的“范圍被限制”了,物理和化學規律在生命體中并不具備發揮作用的充分條件。我們必須深化這一觀念,對此做出更清晰的解釋和理解,而不能在此止步不前,更不能將這種“范圍被限制”作為生物學規律與物理學規律之間存在一條天然的邏輯鴻溝的理由。只要我們追究這種“限制”(即生命的有序性、組織性)是如何從無機界產生的,并將封閉于無機界領域的物理科學解放出來,那么生物學就可以廣義地還原為物理科學。耗散結構論、協同學、超循環論等都是在這種背景下產生的新物理科學,所取得的成果使我們看到將生命現象納入演繹框架體系的希望。這雖然只是初步,但科學的生命力在于不斷引進新概念來解釋不曾解釋的現象。
  在此,可以提出生物學自主性的新含義,這種自主性并非表現為生物學必須具有獨立于物理學和化學、并且不能從后者獲昨解釋的規律,而是表現為生物學及生命現象作為物理科學的構建基礎之一,參預物理科學的理論構建;物理科學自身也不應拘泥于無機界之中,只有如此,才能構建一個對于整個自然界是完備的物理科學體系。反過來說,僅將無機界作為理論構建的經驗來源的物理學,其對于生命現象的不完備性,體現了生物學對這種物理學理論的那種過去所理解的自主性。
   4 非線性還原
  將物理科學與生命科學統一于一個演繹解釋的框架之中,是還原的需要,因而也是廣義還原的需要,以反映從分子到生命的邏輯過程。不過,這是一個非線性的邏輯過程。
  辯證唯物主義所認為的“不能把高級運動形式歸結為低級運動形式”中的“歸結”一詞,其意義是模糊的,含有“演繹解釋、還原、簡單地組合或機械地相加”等諸多含義。我們認為,“不能歸結”的提出,有著歷史背景,是針對十八、十九世紀機械的、線性的還原論進行的批判。機械自然觀認為,生命運動是低級運動形式的機械組合,相應地,生命體是一種機械裝置,用今天的術語說,生命是生物大分子及其行為的線性迭加,二者之間是一個線性的邏輯關系。現代自組織理論已揭示出,生命的自組織過程是一個從分子到生命的非線性動力過程。與理論之間的廣義還原相應,本文提出實體上或本體論上的非線性還原。現代物理學發現,自然界普遍存在的是非線性關系,而線性關系極為少見。無機界同樣存在著非線性的自組織過程,這說明自組織性并非為生命界所獨有,而是生命界與無機界的橋梁,而物理學所研究的就是這種發展過程的動力學原因,描述它們的邏輯過程,無論是線性還是非線性的。這是物理學處于先天的還原地位的理由。如果說物理學內的演繹框架體系是由于對無機界運動或現象的統一解釋的需要,那么,在物理科學與生命科學之間建立一種非線性邏輯演繹關系,則是對無機界與生命界統一解釋的需要。因此,演繹框架的合理性并非只存在于物理科學與無機界之間的關系中,并不僅僅是建立物理科學體系的標準。這種合理性同樣存在于物理科學、生命科學、無機界、生命界之間的關系中。
   5 總結
  生物學自主性的根源在于:生命現象是人類直觀經驗來源之一。它以不同的方式參預了理論的構建:在威廉斯、魯斯那里,直接針對著生命世界構建一個公理化體系,如果將理論封閉于生命世界中而不向無機界拓展,可建立一個自足的演繹體系,與物理科學演繹體系相并列,這是自主性的一種表現;在以分子生物學還原經典遺傳學的過程中,它以解釋之先的目的性或功能預設的形式參預了生物學理論的構建;本文受到新興學科的啟示,提出生物學自主性表現為這種經驗來源及理論(或陳述)直接參預物理科學的構建過程。
  阿亞拉(F.J.Ayala)曾提出,可以把還原論區分為三個層次:本體論還原、方法論還原,理論的還原。對此,本文提出了在理論之間的廣義還原,本體上的非線性還原;方法論上,物理科學應是對生物學、生命現象開放的體系,生物學、生命現象應直接參預物理科學的理論構建,這并不是指利用物理、化學手段將生物體破壞,在試管中還原為無機背景,因為這已推動了生命現象作為直觀經驗的價值。生命現象參予物理科學理論構建的價值體現,離不開生物學理論作為必要的中介作用。
             參考文獻
  〔1〕Wiliams,M.B.(1970).Deducing the Consequence of Evolution: A Mathmatical Model.Journal of Theoretical Biology, 29:343-385。
  〔2〕Rosenberg.A.(1985)).The Structure of Biological Science.(Cambridge: Cambrideg University Press)
  〔3〕董國安:論生物學自主性,《自然辯證法研究》,1992年第10期,第48頁。
  〔4〕〔5〕李建會:功能解釋與生物學自主性,《自然辯證法研究》,1991年第9期。
  〔6〕貝塔朗菲:一般系統論的意義,《自然科學哲學問題》,1981年第1期。
  〔7〕參見(3),第46頁。
  自然辯證法研究京30-34B2自然辯證法郭壘/李建會19951995郭壘,北京師范大學科學技術哲學專業碩士研究生,國家高級教育行政學院教師。      李建會,1964年生,背景師范大學科學技術哲學教研室,講師。                     (本文責任編輯 繆音征)       作者:自然辯證法研究京30-34B2自然辯證法郭壘/李建會19951995
2013-09-10 21:37

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