楊曉坡

（1.赤峰學(xué)院 生命科學(xué)學(xué)院，內(nèi)蒙古 赤峰 024000；2.山西大學(xué) 科學(xué)技術(shù)哲學(xué)研究中心，山西 太原 030006）

生物學(xué)的異質(zhì)性特征分析

楊曉坡1，2

（1.赤峰學(xué)院 生命科學(xué)學(xué)院，內(nèi)蒙古 赤峰 024000；2.山西大學(xué) 科學(xué)技術(shù)哲學(xué)研究中心，山西 太原 030006）

異質(zhì)性是生物學(xué)的本質(zhì)特征之一.本文首先分析了異質(zhì)性的概念結(jié)構(gòu)，進(jìn)而在生物學(xué)哲學(xué)視域下討論了相關(guān)的異質(zhì)性問題，主要包括生物系統(tǒng)的復(fù)雜性、物理主義、還原論以及多元論，最后闡明了生物學(xué)的發(fā)展趨勢(shì).

異質(zhì)性；復(fù)雜性；還原論；多元論

異質(zhì)性（heterogeneity）是生物學(xué)的本質(zhì)特征之一，也是建構(gòu)生物學(xué)理論的重要基礎(chǔ).恩斯特·邁爾（Ernst Mayr）指出，生物學(xué)并非是一種同質(zhì)的科學(xué)（homogenous science），實(shí)際上可以按照不同的方式分成幾類，從而表現(xiàn)出異質(zhì)性的結(jié)構(gòu)特征[1].闡明生物學(xué)異質(zhì)性的相關(guān)問題將會(huì)對(duì)理解生物學(xué)的解釋框架、研究綱領(lǐng)以及觀念流變有所助益.

1 生物學(xué)異質(zhì)性的概念結(jié)構(gòu)

在具體的生物學(xué)科研實(shí)踐中，異質(zhì)性通常被用于解釋研究對(duì)象的不同來源、階段、形態(tài)或功能[2,3].例如溶酶體（lysosome）被稱為異質(zhì)性的細(xì)胞器，指的是溶酶體在具有單層膜圍繞、行使細(xì)胞內(nèi)消化作用等共性特征基礎(chǔ)上，在不同的生理功能階段又呈現(xiàn)出不同的形態(tài)大小和不同的水解酶類等特征[4].自亞里士多德以來，生物學(xué)通常被分為醫(yī)學(xué)（生理學(xué)）和博物學(xué)兩大類，前者涉及的主題是近期原因（proximate causes），即廣義的生理科學(xué)；后者研究的內(nèi)容是終極（進(jìn)化）原因（ultimate causes），即博物學(xué)的相關(guān)領(lǐng)域.為了方便起見，近現(xiàn)代的生物學(xué)又被劃分為動(dòng)物學(xué)、植物學(xué)、真菌學(xué)、細(xì)胞學(xué)、遺傳學(xué)等門類.目前，我國(guó)的生物學(xué)一級(jí)學(xué)科包括12個(gè)二級(jí)學(xué)科，即植物學(xué)、動(dòng)物學(xué)、生理學(xué)、水生生物學(xué)、微生物學(xué)、神經(jīng)生物學(xué)、遺傳學(xué)、發(fā)育生物學(xué)、細(xì)胞生物學(xué)、生物化學(xué)與分子生物學(xué)、生物物理學(xué)和生態(tài)學(xué).這并非是邁爾所樂見的，似乎生物學(xué)的細(xì)枝末節(jié)（研究近期原因的內(nèi)容）占據(jù)了大量的篇幅，而生物學(xué)的主干（研究終極原因的內(nèi)容）只在生態(tài)學(xué)、植物學(xué)和動(dòng)物學(xué)中才有所體現(xiàn).生物學(xué)異質(zhì)性的內(nèi)涵并不是簡(jiǎn)單地分門別類，也不等同于多樣性，而是在不同的認(rèn)識(shí)階段各自提升和抽象出的理論.本文所討論的異質(zhì)性問題主要關(guān)注理論層面，即生物學(xué)內(nèi)部各領(lǐng)域在主要問題、基本原理、研究路徑和發(fā)展趨勢(shì)等方面均具有一定差異，幾乎無法找到和諧、統(tǒng)一的規(guī)律和研究策略，甚至相去甚遠(yuǎn).

2 生物學(xué)哲學(xué)視域下的異質(zhì)性分析

2.1 復(fù)雜性理論和系統(tǒng)科學(xué)

生物學(xué)理論的演進(jìn)植根于人類科學(xué)研究的宏大圖景.20世紀(jì)中葉以來，復(fù)雜性（complexity）理論和系統(tǒng)科學(xué)相伴而生，共同發(fā)展，理論體系不斷深化，這些都可以為生物學(xué)異質(zhì)性問題的探討提供途徑.生物系統(tǒng)的復(fù)雜性無處不在，例如細(xì)胞分子水平發(fā)生的生物學(xué)事件就包括DNA自身進(jìn)行復(fù)制，DNA轉(zhuǎn)錄形成RNA，RNA翻譯為蛋白質(zhì)以及RNA逆轉(zhuǎn)錄重新生成DNA等.從DNA到細(xì)胞核，進(jìn)而到細(xì)胞、器官、個(gè)體、生態(tài)系統(tǒng)或社會(huì)，每個(gè)層次都有其本身的復(fù)雜性.復(fù)雜性可以定義為系統(tǒng)表明自身的方式數(shù)目的對(duì)數(shù)，或是系統(tǒng)可能狀態(tài)數(shù)目的對(duì)數(shù)：K=logN，式中K是復(fù)雜性，N是不同的可能狀態(tài)數(shù).系統(tǒng)越復(fù)雜，它所攜帶的信息越多.如果將上述問題拓展到系統(tǒng)之間的關(guān)系層面，假設(shè)兩個(gè)系統(tǒng)各自有M和N個(gè)可能狀態(tài)，那么組合系統(tǒng)的狀態(tài)數(shù)目是兩者之積M×N=logM+logN，這將可能需要用難以計(jì)數(shù)的方式來表征[5].除此之外，生物系統(tǒng)具有精巧的反饋機(jī)制，其精確性和復(fù)雜性是在任何非生物系統(tǒng)中都未見到的.這些生物系統(tǒng)對(duì)外界刺激有反應(yīng)能力，能進(jìn)行代謝（能量的聚集與釋放），并具有生長(zhǎng)、分化的能力[1].生物學(xué)研究的對(duì)象是生物系統(tǒng)及其相互關(guān)系，生物學(xué)理論是建構(gòu)在這個(gè)客體之上的.復(fù)雜性是生物系統(tǒng)的基本屬性，正是這種屬性決定了形而上的生物學(xué)理論具有異質(zhì)性的特征.

2.2 物理主義與還原論

物理學(xué)主導(dǎo)了科學(xué)革命，在培根、笛卡爾、萊布尼茨和康德關(guān)于科學(xué)及其方法的著述里面很少涉及到生物學(xué)，直到20世紀(jì)中葉以后，才有一些哲學(xué)家關(guān)注生物學(xué)的思想.在科學(xué)哲學(xué)的視域下，生物學(xué)與物理學(xué)的關(guān)系是核心問題之一，物理主義（physicalism）也深刻地影響了生物學(xué)思想的發(fā)展.阿爾伯特·愛因斯坦（AlbertEintein）認(rèn)為追求世界的統(tǒng)一性是科學(xué)創(chuàng)造的基本信念和動(dòng)力.由于世界的統(tǒng)一與和諧，科學(xué)應(yīng)該是簡(jiǎn)單的，要用盡可能少的基本概念和原理來概括盡可能多的經(jīng)驗(yàn)內(nèi)容.物理學(xué)上真實(shí)的東西一定是邏輯上簡(jiǎn)單的東西[6].物理學(xué)可以通過對(duì)理想狀態(tài)（如真空條件下）的研究發(fā)現(xiàn)規(guī)律，而生物學(xué)上真實(shí)的東西不一定是邏輯上簡(jiǎn)單的東西，卻很有可能是邏輯上復(fù)雜的東西.生物學(xué)理論是建構(gòu)在復(fù)雜生物系統(tǒng)基礎(chǔ)上，具有鮮明的異質(zhì)性特征，因此很難找到合理的方式將生物學(xué)統(tǒng)一在物理學(xué)的定律中.生態(tài)學(xué)研究的主題是生物的內(nèi)在依賴性，不同模式的研究表明沒有一個(gè)理論確切地符合所選的生態(tài)學(xué)實(shí)例.爭(zhēng)論和多樣性的方法比在嚴(yán)格范式（paradigm）之下的研究更有可能促進(jìn)科學(xué)推理.不同策略的研究更適合于建立理論的細(xì)節(jié)[7].物理學(xué)并未觸及生物學(xué)的本質(zhì)，不應(yīng)是衡量生物學(xué)的終極尺度.

還原論（reductionism）的研究綱領(lǐng)是物理主義在生物學(xué)中的一個(gè)極端表現(xiàn)形式，即將不同層次的生物系統(tǒng)都還原到分子水平進(jìn)行分析.在這個(gè)綱領(lǐng)的指導(dǎo)下，現(xiàn)代生物學(xué)的大量研究掠過了異質(zhì)性這個(gè)關(guān)涉本質(zhì)面貌的迫切內(nèi)容，試圖形成統(tǒng)一的生物學(xué)理論，然而科研實(shí)踐證明這種嘗試往往是徒勞的.例如在生物分類的研究中，以形態(tài)特征為主的經(jīng)典分類方法與分子分類方法在原理和結(jié)論上均存在較大差異.引入分子數(shù)據(jù)并不能簡(jiǎn)化分類法的數(shù)量，而只會(huì)增加它們的數(shù)量并帶來更深層次的生物分類學(xué)不統(tǒng)一[8].生物學(xué)是一門自主的學(xué)科，它與物理學(xué)具有不同的解釋框架.異質(zhì)性決定了生物學(xué)不能簡(jiǎn)單地進(jìn)行還原，如果一味按照還原論的策略走下去，生物學(xué)研究終將囿于分子水平自身的難題而無法解決.

2.3 多元論

基于進(jìn)化理論考量的多元論（pluralism）觀點(diǎn)契合了生物學(xué)異質(zhì)性的特征.多元論認(rèn)為有機(jī)世界是多面的，甚至這個(gè)星球上的生命可能不是來自于共同的祖先，而是一個(gè)糾纏的進(jìn)化樹[9].從這個(gè)角度來分析，現(xiàn)有的很多生物學(xué)理論都需要進(jìn)行修正.例如在線粒體和葉綠體起源的研究中，長(zhǎng)期存在兩種假說，即內(nèi)共生起源學(xué)說（endosymbiosis theory）與非共生起源學(xué)說（non-endosymbiosis theory）.近年來，內(nèi)共生起源學(xué)說得到了越來越多的研究證據(jù)支持，使得非共生起源學(xué)說逐漸淡出了人們的視野，但是前者的不足之處是無法解釋核被膜（nuclear envelope）的來源[4].如果按照多元論的策略將兩者進(jìn)行整合，新的假說可以描述為真核細(xì)胞的祖先是一種體積較大、不需氧且具有吞噬能力的細(xì)胞；線粒體起源于一種細(xì)胞內(nèi)共生革蘭氏陰性細(xì)菌，葉綠體起源于細(xì)胞內(nèi)共生的藍(lán)藻，線粒體、葉綠體的內(nèi)膜和外膜存在著明顯的差異；細(xì)胞核是由細(xì)胞質(zhì)膜內(nèi)陷并包裹DNA演化而來，內(nèi)質(zhì)網(wǎng)參與了雙層核被膜的形成，那么整合后的假說無疑是更加合理的.

3 異質(zhì)性與生物學(xué)的發(fā)展趨勢(shì)

生物學(xué)家通常認(rèn)為，生物學(xué)發(fā)展的總體趨勢(shì)是由分離性走向整體性.這里需要強(qiáng)調(diào)的是整體性的內(nèi)涵是指理論的整合而非統(tǒng)一.生物學(xué)各分支學(xué)科在辯證綜合的同時(shí)，也會(huì)沿著固有的方向獨(dú)立發(fā)展，甚至產(chǎn)生了深刻的裂痕.異質(zhì)性并不影響將現(xiàn)有的學(xué)科進(jìn)行整合，相反還可以為整合提供條件.在細(xì)胞學(xué)和生物化學(xué)之間建構(gòu)方法論和理論的關(guān)聯(lián)，最終形成了細(xì)胞生物學(xué)[10].然而我們也應(yīng)該清醒地注意到生物學(xué)本身缺乏自省的動(dòng)力與機(jī)制，甚至無法估量其對(duì)社會(huì)歷史產(chǎn)生的影響.生物學(xué)是如此具有革命性的科學(xué)，其研究?jī)?nèi)容愈來愈帶有根本性，由針對(duì)外部對(duì)象世界的研究轉(zhuǎn)向生命本身的研究，并且越來越多關(guān)注人與環(huán)境的關(guān)系.自然科學(xué)研究方法不能解決所有的生物學(xué)問題，生物學(xué)的困惑隨著研究方法的進(jìn)步而增多，進(jìn)而產(chǎn)生出來新的生物學(xué)問題，諸如抗生素濫用與生態(tài)延時(shí)效應(yīng)、轉(zhuǎn)基因與生物安全問題.生物學(xué)研究應(yīng)摒棄成見與偏好，整合不同層次、不同范圍，同時(shí)借鑒生物學(xué)哲學(xué)、社會(huì)生物學(xué)和生物倫理學(xué)等學(xué)科的理論與方法，逐漸發(fā)展成為廣義的生物學(xué)理論.

〔1〕恩斯特·邁爾.生物學(xué)思想發(fā)展的歷史[M].涂長(zhǎng)晟譯,成都:四川教育出版社,1990.

〔2〕劉艷,胡婧,黃原.線粒體DNA的異質(zhì)性與檢測(cè)方法[J].動(dòng)物學(xué)雜志,2006,41(5):120～126.

〔3〕顏亮,周廣勝,張峰,隋興華,平曉燕.內(nèi)蒙古荒漠草原植被蓋度的空間異質(zhì)性動(dòng)態(tài)分析 [J].生態(tài)學(xué)報(bào),2012,32(13): 4017～4024.

〔4〕翟中和,王喜忠,丁明孝.細(xì)胞生物學(xué)[M].北京:高等教育出版社,2011.

〔5〕弗里德里?！た死?混沌與秩序——生物系統(tǒng)的復(fù)雜結(jié)構(gòu)[M].柯志陽等譯,上海:上海科技教育出版社,2010:274.

〔6〕林超然.現(xiàn)代科學(xué)哲學(xué)教程[M].杭州:浙江大學(xué)出版社, 1988:384～385.

〔7〕大衛(wèi)·福特.生態(tài)學(xué)研究的科學(xué)方法[M].肖顯靜等譯,北京:中國(guó)環(huán)境科學(xué)出版社,2012：275～276.

〔8〕莫漢·馬修,克里斯托弗·斯蒂芬斯.愛思唯爾科學(xué)哲學(xué)手冊(cè)·生物學(xué)哲學(xué)[M].趙斌譯,北京:北京師范大學(xué)出版社, 2016.

〔9〕W.F.Doolittle.Phylogenetic classification and the universal tree.Science,1999,284(5423):2124～2128.

〔10〕西奧·A.F.庫(kù)珀斯.愛思唯爾科學(xué)哲學(xué)手冊(cè)·一般科學(xué)哲學(xué):焦點(diǎn)主題[M].郭貴春譯,北京:北京師范大學(xué)出版社, 2016:446～448.

Q-O

A

1673-260X（2016）12-0015-02

2016-09-22