复杂性的基本特征及其应用于复杂性科学的突变特征

复杂性被定义为客观事物跨越层次的相互关系，它具有四个明显的基本特征：

（一）突变

凡是被认为属于复杂性的事物，都具有突变的特征。突变在这里具有两方面含义：其一是指，复杂性事物整体或某一层次整体上的涌现属性；^[18]其二是指，复杂性事物内部，或某个层次内部各个可分解部分的突发性变化。

只要我们所研究的对象的属性涉及不同物质层次之间的共同变化，突变特征即刻就显露出来。新产生出来的那些属性，无论是从系统的较高层次，还是较低层次角度去考察，其结果都表现为突变。比如，单个粒子的性质和由许多粒子构成的大块物质的性质，生物体的性质和构成生物体的非生命物质的性质，思想的自我意识和千万个神经细胞的性质，意识和报纸上一系列点和线的性质，社会中单个人的行为和由许多这样的个人组成的国家的行为，等等。所有这些涉及不同高低层次变化而产生的变化，在它们的演化当中包含了复杂性，因此都显出突变特征。

以生物为例，生物的遗传变异是一类典型的复杂性事物。在生物的遗传变异当中，突变是一个规律。人们发现，一种新的性状或具有新特点的生物体最先总是突然出现在群体当中。突然出现的性状似乎没有任何准备阶段，难得找出某一些变化是与其当时当地生活环境直接联系在一起的。这种客观事实无法运用已知的物理化学知识来顺理成章，所有传统意义上的因果性链条在这里似乎都是断裂开的。这种状况表明我们的视野已经进入到了复杂性领域。生物体遗传变异的原因和结果不在同一个层次上，说明它们是跨越两个层次或者多个层次的变化，所以，依据任何单一层次上的理论考察，变异事件都呈现突变特征：从微观层次上看，它们属于基因突变；从宏观层次上看，它们是性状突变。这种情况可以推广到任何跨越层次的复杂性事物的变化里。倘若要对那些变化作彻底的还原分析，那么，得到的只能是一种突变。

突变是造成复杂性系统演化出现分叉的一个重要原因。突变不断增加系统内部的复杂性。当系统内部结构无法承受越来越多的复杂性时，这个系统或者解体，或者跃迁为另外一种形式。正因如此，突变乃是系统演化的一个重要机制。

（二）约束

约束是复杂性事物的另一个重要的特征。它是在复杂性科学中针对复杂性事物的突变特征提出来的一个新概念。它揭示了呈现复杂性的那些跨越层次的变化，是受系统的各个层次、各个因素和各个方面制约的。

复杂性总是自身表现为一种强大的约束。一个各种力量之间的盟主权加在相抵触的最适度的条件中间，形成了一种机制，使得系统整体的涌现属性、各个层次和各个部分上的突变都具有一种内在的规定性。辩证法对立统一的法则在这里获得了充分的体现。约束造成了系统层次结构之间的那些特定的关系；使突变具有一定的范围和一定的趋向，并由此增加系统的适应性。离开约束，复杂性就会衰退，系统的演化也就不可能继续下去了。

约束特征的阐明，使以往令人费解的复杂性事物中突变和进化分叉的趋向性疑团，逐渐明朗。例如，以往认为基因突变完全是随机的、不定向的，目前已经知道，至少有五方面的约束对基因突变产生规定和限制，它们分别为：基因物质载体约束，遗传信息的表达程序约束，有机体各个部分和各个层次约束，群体遗传方式约束和各个修复系统约束等。约束作用使遗传变异和物种演化选取一定方向。

各个基因的开与闭都要受到生物体内正常运转的各种机能的制约。没有一定结构的蛋白质或别的什么诱导物，操纵子就不能启动。随着机体新陈代谢方式的改变，被打开的基因也会跟着发生变化。但是无论如何，基因的表达需要维持在一个有机体内协调的水平上。有机体越复杂，对于突变产生的约束能力越强。因为每个基因表达所需牵涉的因素越多，得以表达的机会就越少。突变的出现是同有机体的复杂程度成反比的。有机体内各部分之间的变异相关性就是有机体对于突变产生系统性约束的结果。破坏了原来机体内部机能协调的基因突变，如果没有同时产生的其他突变与之配合来维持新的协调的话，它一定不会得到表达。一揽子突变的产生肯定是同机体内的协调性相一致的。有机体内正常的物质代谢、能量代谢、酸碱度、电位点的强弱、体温等条件因素，无一不起着约束突变产生的作用。约束使有效信息逐渐增加，质量逐渐提高。

（三）编码(www.xing528.com)

突变与约束共同发展出来的那些跨越层次的相互关系具有特定的方式。这种类型的相互关系不同于在同一层次上发现的那些关系，也不能直接通过在同一个层次上发现的那些原理和定律进行约化或者还原。这就是最先从生物系统揭示出来，随后得到普遍证明的复杂性事物的编码特征。

复杂性概念揭示的那些跨越物质层次的相互关系，是系统在演化过程中发展出来的，它们凝聚了时间进程因子，包含了系统演化过程各个阶段上的特殊性。促使这些关系形成的不仅有历史进程中的必然因素，还有大量的偶然因素。所以，试图把复杂性事物直接还原为简单性事物的做法是不可能的。

复杂性在自身演化过程中实际上做着一种编码工作。这一推测导致科学家发现了生物在漫长的演化过程中发展出来的一套极完善的遗传密码系统，包括遗传信息的编码、贮存、传递、转录和转译等许多机制，同时涉及从宏观表现型到微观遗传物质结构等一系列不同层次结构的变化。跨越层次的相互关系，比如，表现型和基因型，离开密码概念便无法得到解释。密码的存在表明复杂性不是由直接的因果性组织起来的联系，而是一种在普遍综合的条件下由特定的因果性组织起来的联系。重复这些相互联系需要有一些特殊的规定。这些规定随机产生，并且在演化历程中被随机地固定下来。除了随机产生的一级规定，还存在着随机产生的二级规定，即规定的规定，或更高一级的规定。例如，在遗传学中，核酸与蛋白质的识别除了依据三联体线性编码以外，还受到更高级的空间编码原则的规定。

复杂性事物的因果关系均受到编码，所以整体和各个层次上的属性表现为涌现和突变。生物对于非生物是一种编码；意识对于大脑的生物学功能也是一种编码。突变分叉是自然编码过程中的一个环节，由此造成系统的进化。可以断言，揭开生命及意识奥秘的关健是发现自然界中自然编码的那些普遍形式。这正是目前复杂性科学所追求的目标之一。

（四）组织

跨越层次的那些相互关系维护系统层次结构的稳定。一旦复杂性衰退了，系统原有的层次结构也就随之而消失了。这种复杂性事物维护自身有序性的特征，我们把它称为组织。

事物的组织程度与事物的物质层次结构的时空状态相关。大凡自组织程度高的那些复杂性事物，均是物质层次密度很高的事物。例如，具有活性的生物体和具备意识功能的人的大脑即如此。在一个有限的局部空问，同时聚集了许许多多种质——许许多多个物质层次，具有许许多多方面的跨越层次的相互关系。奇迹出现的条件之一，是各个质即各个层次的时空关系必须得到保护。这就是为什么我们看到自组织程度较高的复杂性事物，它们内部各个层次和各个部分的子系统都是处于半开放状态的。试想，如果将人脑的体积扩大两倍，它还会思维吗？仅仅把组织理解为跨越层次相互关系的偶合行为还不够，还必须认识到，这种行为是由物质层次时空状态引起的，受着物质层次结构时空状态制约。

为什么系统层次结构的稳定和发展，必须由跨越层次的相互关系而不是同一层次上的那些关系维持呢？即，为什么只有跨越层次的相互关系具有组织功能，而同一层次的相互关系没有组织功能呢？目前我们已经获得了比较充分的证据：跨越层次的相互关系，即促使系统成为远离平衡状态的那些因素，能够随时调整各个层次上的变化，使得各个层次相互保持在一种协调的状态下；而同一个层次上的那些相互关系，总是不断消耗自由能，使系统趋向平衡和退化。复杂性能够吸入各个层次上的各种不同的变化，在需要的时候再将其释放出来，它们不断更新各个层次上的相互关系，并激活这些关系，使得同一层次上由于时间因子渗入而增加的熵得到克服，由此产生组织效应。组织效应使系统各层次上的有序性不断增加，各层次有序性的增加，反过来又促成新的跨越层次的相互关系，这样，复杂性在一个系统中的地位即越来越强。

前面我们提到，自然辩证法的创始者恩格斯曾指出：“放射到宇宙空间中去的热，一定有可能通过某种途径（指明这一途径将是以后某个时候自然科学研究的课题）转变为另一种运动形式，在这种运动形式中，它能够重新集结和活动起来。”^[19]一百多年来，科学家一直在为热力学第二定律与生物进化论之间的矛盾问题寻找答案。然而，只是到了今天，探索复杂性科学在各个领域取得了丰硕的成果；复杂性的组织特征得到了阐明，问题才算有了初步答案。热能重新集结和活动起来的途径就是跨越物质层次的相互关系所引起的组织效应。组织是复杂性的表现和存在依据。远离平衡状态的化学结构、生物有机体和社会系统等，这些复杂性事物，无一例外，都具有组织特征，同时，都依据跨越层次相互关系产生的组织（结构、方式）而存在着。组织效应在这些系统中有效地调节与控制着物质、能量和信息在各个不同层次上的流动，使系统保持稳定和产生进化。

突变、约束、编码和组织分别从四个方面刻画了客观事物跨越层次的相互关系，是事物复杂性的具体表现形式，同时代表了复杂性过程的四种机制。对复杂性事物的考察不能离开它们的这四个特征，都必须从这四个特征入手。从概念的渊源上看，四个特征概念是复杂性概念产生的前导；复杂性概念是它们的综合和抽象的反映。从相互关系上看，复杂性是母概念，四个特征概念是子概念，它们分别从不同角度上具体地反映复杂性。