生物学中还原论与整体论的矛盾

我们先前已经指出，归纳推理的方法——发现规律、总结概况——是所有科学理解的核心。但是，归纳推理中一种叫作还原论的特殊方法具有特别的价值。还原论的概念本身可以被进一步阐释并分割成数个次级概念，这些都是近年来科学哲学家们所探索的问题，但是这些细节问题与我们的讨论并不相关。还原论方法的核心其实非常简单：“一个整体可以被理解为其各个组成部分之间的相互作用。”比如，如果你想理解钟表的运作方式，那么就要把它拆开来，拆下齿轮、弹簧等等，然后看看这些零件怎么一同运作来保证整体的功能。还原论的观点从科学革命初期开始，就对推动科学认知发挥了重要作用。

最近出现的整体论是与还原论相对的观点，这种观点可以简单总结为：“整体的意义要大于部分的总和。”所以这种观点通常被认为是对还原论的反驳。整体论认为，在复杂系统中呈现出的不可预期的突现（emergent）特性，不能通过观察其各个部分而发现（突现特性指的是系统在复杂和高级层面所呈现出来的性质，这种性质在较低的层面是观察不到的）。这个观点在近年来变得越来越有影响力，特别是在生命科学领域，因为即便在所谓“简单”的生物系统中也具有令人惊讶的复杂性。因此，一个生物学的新分支“系统生物学”随之出现了。卡尔·乌斯将生物系统视为“复杂的动态组织”，而不是可以通过组成部分来理解的“分子机器”，这就是这种“系统”观点的体现。

那么在解决生物学问题方面，究竟还原论和整体论中哪种方法更合适呢？这取决于你想问谁的意见了。雅克·莫诺就不认同整体论的观点，他评价道：“这无疑是最愚蠢和荒谬的论争，这不过证实了‘整体论’对科学方法和在其中起到重要作用的分析方法的错误认识。”还原论和整体论之间的矛盾长期存在于生物学，这一点在一本被称为《还原论在生物学中的问题》（Problems of Reduction in Biology）的会议论文集中清楚地展现出来。这一会议于1972年9月在意大利的贝拉焦举行，参会者为许多顶尖的生物学家和哲学家，包括彼得·梅达瓦尔（Peter Medawar）、雅克·莫诺和卡尔·波普尔。据报道在会议最后，琼·古德菲尔德（June Goodfield）说道：

我时常被一种似曾相识的感觉所击溃，有时甚至濒临丧失思考能力的边缘。“还原论”“反还原论”“超越还原论”“整体论”……这些问题都是在生物学史上以不同形式重复出现的古老问题，而我会产生这种无能为力的感觉是因为，经历了这么长的时间，这个问题似乎并没有变得更加明晰。21

好吧，那次会议到现在已经差不多40年了，而上述这一点也并没有什么改变。如今生物领域的还原论和整体论和当初一样充满了争议。最近，在一篇由丹尼斯·诺布尔（Denis Noble）撰写的文章中，他对整体论表达了坚定的支持，通过现代系统生物学的例子讨论了这个古老的困境。22卡尔·乌斯在转变为整体论的支持者后，更直白地说道：

如今的生物学正处于一个十字路口上。在整个20世纪，以分子为中心的研究范式成功地引领了该学科的发展，但是如今这个研究范式已经无法提供可靠的指引了。分子研究范式在生物学上的预期已经实现，这一范式失去了它的效力。因此，生物学领域必须要做出一个选择，选择是沿着这条分子研究道路继续舒服地走下去，还是选择一条能对生物世界提出全新看法的道路，一条能解决20世纪生物学和分子生物学所无法解决而刻意回避的问题的道路。之前的研究道路虽然非常高效，但是它却将生物学变成了一个工程领域。而未来的研究道路才能让生物学成为真正的基础科学，一门能和物理共同探索和定义自然的科学。

这些话确实发人深省。但是诺贝尔奖得主、生物学家悉尼·布伦纳（Sydney Brenner）最近严厉地批评整体论：“系统生物学声称自己具有解决这一问题的能力，但是我认为这个方法并不可行，因为从一个复杂系统的行为中推导出其功能模式是一个不可能实现的逆向问题。”23

虽然这个问题有着复杂而不明确的背景，但现在我们还是直接深入这个哲学意义上的虎穴吧。我将针对二者之间哲学上的分野提出一些看法，并且谈谈这对我们加深对生命系统理解的目标将有怎样的影响。我认为至少在有关生命的问题中，与其说还原论-整体论是一种实质性的分野，倒不如说是语义上的区别。并且，当我们深入研究整体论时，它其实可以被视为一种修正的还原论。

虽然有过度简单化的风险，但是我们可以说，作为科学方法的还原论最有效的应用是所谓的“逐级还原”（hierarchical reduction），该方法的主要观点为，一个层级的现象可以通过比其低一个层级的概念来解释。史蒂文·温伯格近来准确地阐明了这一观点：“解释的箭头方向始终朝下。”24因此，我们会通过个体的行为来解释社会的行为，通过细胞的行为来解释个体的行为，通过生物化学循环来理解细胞的行为，而要理解生物化学循环则需要依靠分子结构和反应活性等更基础的物理和化学知识，直到将研究对象还原为最基本的亚原子粒子。逐级还原通过层层递进的方法来理解不同层级的问题，每个层级的现象都可以直接通过低于其层级的概念框架来进行解释。自17世纪的科学革命以来，许多物理学上了不起的进步都是通过这种方法实现的。在生物学中，通过还原论的方法也曾产生过丰厚的成果，这些成果推进了我们对生物过程的认知。比如，DNA的复制、蛋白质的合成、代谢循环等等，都是通过还原论的方法发现的。毫无疑问，分子生物学通过还原论的方法从分子的层次上揭开了许多细胞功能的奥秘。(www.xing528.com)

但是，正如我们在第1章提到的那样，生物系统的高度复杂性使得还原论的方法难以实行，这一困难也正是近年来生物系统研究领域中还原论遭到反对和整体论兴起的原因。整体论的思想源自系统论学派，该学派认为在复杂的系统中，各个组成部分之间会产生重要且难以预测的系统性联系。所以，当我们回顾温伯格“解释的箭头方向始终朝下”这一还原论观点和琼·古德菲尔德绝望的评价，我们该如何应对这两个针锋相对的观点呢？这两个观点之间明显的矛盾对于我们探索如何理解生命又有什么意义呢？

很大程度上，还原论极端的表述引发了那些对该理论的批评，这种极端表述的一个例子是弗朗西斯·克里克的说法：“现代生物学研究的终极目标是通过物理和化学原理来解释所有生物学现象。”25这一目标在可见的未来都是不现实的，这就像说化学的“终极目标”是通过解决薛定谔方程来预测所有的化学现象一样不现实。从这个角度来说，还原论具有一定的局限性，所以针对该观点的广泛批评也自有其依据。但如果说经过仔细斟酌的还原论方法不能用于分析系统的突现特性，那么这显然是不正确的说法。许多突现特性的发现和理解其实都是通过还原论实现的。

让我们举一个简单的例子，想想我们之前讨论过的凝聚态（也就是固体和液体）物理性质。凝聚态体现了许多在单个分子层面所不存在的突现特性。凝聚态物质可能是固体也可能是液体，可能是导体也可能是绝缘体，可能表面有光泽也可能无光泽。单个的分子不具有这些凝聚态的性质。单个的分子既不是固体也不是液体，既不是导体也不是绝缘体，更不具有任何光泽。但是，尽管在分子层面不存在这些整体上的性质，但是我们可以通过单个分子的电子特性来理解凝聚态的性质。所以我们仅凭单个分子的性质（分子质量、电荷特性等等）和分子间的作用力，就可以理解为什么室温下的氢分子是气态的，水是液态的，而食盐是固态的。同样，我们可以对单个分子进行理论分析从而推导出该物质固态时的导电性。

我想表达的观点是，物理和化学中都充满了这样还原论式的分析，这些分析为我们理解系统的突现特性提供了重要的启发。所以认为还原论不能解释系统整体所具有的突现特性这种经常被提及的观点并不正确，尽管承认这一点并不意味还原论能解释所有的突现特性。正如其他方法一样，还原论当然有其局限性。有时，复杂系统并不能被还原为各个组成部分，在这种情况下，一些突现特性确实会在还原的过程中消失，这时我们可以说整体论的方法是有必要的。但是，如果我们对整体论进行更深入的评估，我们会发现，其反对还原论的立场在某种程度上是被错误地表述了。主要问题在于“整体论”一词所传达的含义。“整体论”绝不是说为了将系统作为一个整体来处理，所以要避免对各个部分进行分割。整体论的方法和还原论的方法一样，将复杂的整体分割成不同的部分，但是却以一个更现实的方式来分析系统中各部分之间复杂的相互作用。整体论观点意识到，除了从低层到高层的“向上的因果关系”之外，还必须考虑从高层到低层的“向下的因果关系”，即高层级的现象对低层级的行为可能产生的影响。

这种反馈作用可以导致一些难以预料的突现特性的产生，这些特性不是仅用还原的方法就能轻易预见或解释的。尽管如此，只要稍加思考我们就能发现，整体论的核心就是还原论的思想。整体论分析生物系统复杂性的方法不过是将复杂的系统分割为更简单的元素，但是强调这些元素在复杂系统中的相互作用。换句话说，整体论所倡导的不过是一种修正形式的还原论方法，这种方法认为一个系统中的因果关系比自下而上的线性因果关系更加复杂。用英国生物学家阿瑟尔·科尼什-鲍登（Athel Comish-Bowden）的话来说：

科学上传统的还原论方法可以被视为一种通过局部的性质来理解整体的方法，但是现在我们要学会通过整体来理解局部。26

因为还原论是获得科学认知的关键手段，所以还原论作为科学的解释工具是难以规避的。数十年来朝着建立某种非还原论甚至是反还原论的理论探索，如今看来依然没有得出什么成果。整体论虽然有这样一个名称，但是它可以被视为一种修正的还原论。我们当然确信这种修正十分有价值，但修正始终是修正。还原论的不同形式和次形式如今是，未来也很可能是科学研究的核心概念工具。我相信也只有通过还原论的方法，通过寻找生物和化学背后的关联，通过发掘导致生物复杂性形成的过程，我们才能圆满地回答“生命是什么”这个问题。最终，生命体和非生命体之间的差异必须被还原为生物和非生物两个世界中物质本质的差异，尤其是这些物质之间互相影响和反应的方式。