董國安

(華南師范大學 哲學所，廣東 廣州 510006)

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還原、整合與生物學統(tǒng)一策略

董國安

(華南師范大學 哲學所，廣東 廣州 510006)

科學統(tǒng)一問題一直是科學哲學的一個爭論焦點。否定科學統(tǒng)一的哲學運動并沒有改變生物學家追求生物學統(tǒng)一的努力。沙夫那的研究表明理論還原在生物學研究實踐中仍然具有重要的啟發(fā)作用，而達爾丹等人有關(guān)科學整合的研究也表明非還原統(tǒng)一策略的普遍性。各種統(tǒng)一策略對生物學實踐的啟發(fā)作用是生物學史的事實，而追求科學的非統(tǒng)一性并不是生物學實踐的主要途徑。

科學統(tǒng)一；整合；還原；科學非統(tǒng)一性

一、科學統(tǒng)一性與科學非統(tǒng)一性

從20世紀60年代至今，哲學家對于科學統(tǒng)一的態(tài)度經(jīng)歷了一次大的起伏——從堅信不移到徹底否定，再從徹底否定到有條件地接受。生物學哲學就經(jīng)歷了從對分子生物學作為基本科學的堅定信念到對理論還原的否定進而否定科學統(tǒng)一，再到具體地分析生物學各領(lǐng)域整合的過程。由于學科或研究領(lǐng)域整合也可被看作是科學統(tǒng)一的一種途徑，所以科學統(tǒng)一問題仍然是科學哲學的一個爭論焦點，并未被徹底解決。

分子生物學的誕生曾經(jīng)鼓舞了許多哲學家、生物學以及物理學家，以為經(jīng)典遺傳學已經(jīng)被還原為分子生物學了，還將進一步還原為物理-化學，進而將實現(xiàn)生物學與物理-化學的統(tǒng)一。1958年，奧本海默和普特南在《作為工作假說的科學統(tǒng)一》一文中強調(diào)，通過還原(解釋性還原，即與理論T2相關(guān)聯(lián)的觀察現(xiàn)象都能夠被T1給予解釋，就說T2被還原為T1)就可以達到科學統(tǒng)一的狀態(tài)(即科學的所有詞項都還原為某個學科的術(shù)語，科學的規(guī)律都還原為某一學科的規(guī)律)。他們還指出：“‘解碼’細胞核中控制信息的問題還原成了組成這種信息載體的分子如何被用于限定具體蛋白質(zhì)催化劑結(jié)構(gòu)的問題。復制問題還原為遺傳物質(zhì)分子如何能被拷貝的問題——就像藍圖復制那樣?！盵1]1961年，內(nèi)格爾給出了一個經(jīng)典的理論還原模型，這種還原與解釋性還原的區(qū)別在于其用可連結(jié)性和可導出性條件代替了可解釋性條件。有關(guān)生物學還原的經(jīng)典工作是由沙夫那做出的。1967年，他在內(nèi)格爾的理論還原模型的基礎(chǔ)上提出了一個“一般還原模型”，相信通過把基因定義為DNA片段的函數(shù)、把基因顯性這樣的謂詞定義為“在基因指導下酶的合成”的函數(shù)，就能從分子生物學推導出孟德爾遺傳學理論的修正式[2]。

沙夫那的一般還原學說立即引來了批評。在20世紀70、80年代，反還原論者達成了這樣的共識：孟德爾遺傳學不可能還原為分子生物學。反還原論的論證有兩類：一類是針對可連接性的，一類是針對可導出性的?；魻栒J為，“即使所有表現(xiàn)型性狀被轉(zhuǎn)譯成由分子刻畫的性狀，孟德爾遺傳學和分子遺傳學的謂詞詞項也是表達極端復雜的多-多(many-many)關(guān)系的?！粋€孟德爾謂詞所刻畫的現(xiàn)象可以由多種不同類型的分子機制所產(chǎn)生。反過來，相同的分子機制可以產(chǎn)生必須由不同的孟德爾謂詞來刻畫的現(xiàn)象。因此，還原是不可能的?！盵3]羅森伯格也指出，用分子行為定義孟德爾基因，所涉及的概念序列是分子基因——表現(xiàn)型——孟德爾基因，但孟德爾基因型與分子基因之間沒有容易把握的關(guān)聯(lián)性，因而也就不能輕易地給出孟德爾基因的生物化學定義[4]。基切爾在1984年認為，經(jīng)典遺傳學中并不包含可以作為還原推導結(jié)論的基因傳遞規(guī)律，這使得經(jīng)典遺傳學與分子生物學的詞匯之間缺少可連接性，從而能夠解釋基因傳遞規(guī)律的從分子生物學法則到經(jīng)典遺傳學規(guī)律的推導也是缺乏的[5]。

其實，剛好也是在這個時期，心靈哲學領(lǐng)域展開了對還原物理主義的深入批判。金在權(quán)說：“到了60年代末70年代初，還原論已經(jīng)被幾乎所有在心靈哲學和心理學哲學領(lǐng)域里工作的哲學家們所拋棄。這不僅僅是一個大膽和充滿前途的哲學理論的衰落：大腦-狀態(tài)理論的終結(jié)給所有形式的還原論都帶來了壞名聲，使得‘還原論者(reductionist)’一詞變成了一個明顯消極的通常也是輕蔑的綽號?！盵6]這種反還原論共識馬上擴展為對科學統(tǒng)一的批判。福多的“特殊科學”一文就很有代表性。其中說到：“存在特殊科學不是因為我們對于世界認知關(guān)系的性質(zhì)，而是因為世界的組成方式：并非所有的自然類(并非一切對其有重要的反實支持概括形成的事物和事件類)都是或都對應于物理自然類?！?，存在這樣的特殊科學，在陳述這種概括時要有自己特殊的分類學。如果科學是統(tǒng)一的，那所有的分類學就必須用于相同的事情。如果物理學是基本科學，則這些事情的每一個就都是物理學的事情。但這里又不要求特殊科學使用的分類學還原為物理學的分類學。既然不需要，那就可能不是真的?！盵7]“20世紀90年代后期，直接受到庫恩影響的斯坦福學派的新實驗主義與新經(jīng)驗主義的科學哲學與科學史家哈金(Ian Hacking)、卡特賴特(Nancy Cartwright)、杜普雷(J. Dupré)與加里森(Peter Galison)等人共同發(fā)起了‘科學的非統(tǒng)一性’運動?！盵8]不僅如此，科學知識社會學以及社會認識論研究也加入了反科學統(tǒng)一的聯(lián)盟。這給人們造成的印象是：科學統(tǒng)一幾乎成了一匹不可能再復活的“死馬”。

然而，這場“科學的非統(tǒng)一性”( Disunity of Science)運動不過是一場哲學運動，并沒有改變生物學的許多領(lǐng)域基于分子生物學和生物化學來解釋各種生命現(xiàn)象的實踐方式。套用沙夫那的話說，科學統(tǒng)一這只“柴郡貓”留下的“笑容”盡管是破碎的，但仍然是非常重要的，仍然是最有獲得諾貝爾獎潛力的。如此重要的科學實踐方式，當然需要科學哲學給予總結(jié)和概括。沙夫那仍然堅持理論還原的立場，不過他的理論還原已經(jīng)大大弱化了。他先是把“一般還原模型”改為“一般還原-替代模型(GRR)”，而后又根據(jù)海兔神經(jīng)的致敏作用的坎德爾模型區(qū)分了GRR的簡單解釋和復雜解釋。沙夫那在1993年承認，GRR也許不能覆蓋某些因果機制解釋或溯因分析的意義，但他同時也強調(diào)機制解釋必須輔以規(guī)律的邏輯關(guān)系的分析。他堅信，“分子生物學包括分子神經(jīng)科學的還原，展現(xiàn)了一種新的系統(tǒng)性和統(tǒng)一性?！盵9]

維姆薩特早在1976年就注意到，大多數(shù)生物學家把還原理解成了機制(mechanism)的發(fā)現(xiàn)。沙夫那也承認，在生物學和生物醫(yī)學中因果-機制還原遠比符合經(jīng)典還原解釋模型的解釋更司空見慣[9]。達爾丹和茅爾提出了“跨域理論(interfield theory)”的概念，展示了不依賴理論推導關(guān)系的學科之間關(guān)系，啟發(fā)了一種不同于理論還原的科學統(tǒng)一模式。1993年，貝克特爾和理查德森刻畫了分解和定域化策略，并用這個策略描述機制解釋如何構(gòu)成以及機制研究綱領(lǐng)如何進步等問題。近二十年來，更多的生物學哲學家關(guān)注了生物學中基于機制的學科整合問題(integrating disciplines)。例如，1993年，貝克特爾討論了細胞生物學整合生物化學和細胞學的例子；達爾丹2005年提出，遺傳機制是被連續(xù)整合的，孟德爾遺傳學、細胞學和分子生物學這三個不同領(lǐng)域在不同時期關(guān)注了不同的工作實體(working entities)，發(fā)現(xiàn)了不同的機制；2013年，萊奧奈利以植物學為例，區(qū)分了三種不同的整合——跨層次整合、跨物種整合以及平移整合。值得一提的是，“系統(tǒng)生物學(systems biology)”從1990年代開始逐漸成為顯學，而這門科學正是以機制及其整合的研究為特點的，與生物學哲學所進行的統(tǒng)一新策略研究有著并非偶然的一致。這恰好說明了科學統(tǒng)一仍然在啟發(fā)著科學的實踐。

本文先要根據(jù)沙夫那的后期的工作指出，盡管理論還原不是科學統(tǒng)一的主要途徑，但這種理論關(guān)系還是真實存在的；接著要以達爾丹等人的工作為例討論作為生物學統(tǒng)一主要途徑的機制整合問題；最后討論科學統(tǒng)一與學科分化的關(guān)系。本文得出的主要結(jié)論是：不同層次的解釋性理論(機制或模型)之間大都不能建立起嚴密的邏輯演繹關(guān)系，但可以發(fā)現(xiàn)不同層次性質(zhì)之間的因果聯(lián)系和構(gòu)成關(guān)系?？茖W家從事具體研究的過程，離不開已經(jīng)存在的某種自然圖景或自然系統(tǒng)，而這就是科學家追求某種科學統(tǒng)一的根據(jù)。相對主義和社會建構(gòu)主義糾結(jié)于這種自然圖景是如何建立起來的發(fā)生學問題，并以自然圖景建構(gòu)的個性特征來否定科學統(tǒng)一的合法性，這并不能否定啟發(fā)科學家實踐的科學統(tǒng)一性。

二、因果機制解釋與理論還原

沙夫那的理論還原思想有一個變化過程，而每一次這種變化都吸納了各種反還原論的批評意見。即使在他1967年最初提出“一般還原模型(GR)”時，也綜合考慮了波普爾、費耶阿本德和庫恩對內(nèi)格爾還原模型的批評，引入了“被還原理論的修正版”的概念。按照這個模型，基于還原理論TB，建構(gòu)被還原理論TR的類似物T*R。這個T*R能從還原理論TB與定義具體條件的語句的合取邏輯地推導出來。通常，這個類似物的建構(gòu)是按照舊理論表達式映射到新理論表達式、舊理論的規(guī)律映射到新理論的規(guī)律來進行的。在這些條件下，舊理論就還原成了新理論。當成功取得了一個還原時，新理論就解釋了舊理論為什么如此成功，也將解釋舊理論受到質(zhì)疑的許多方面。在沙夫那看來，孟德爾遺傳學TR與分子生物學TB之間已經(jīng)實現(xiàn)了這樣的一般還原。這里的TR，是分子生物學產(chǎn)生之前的孟德爾遺傳學；T*R是分子生物學修正過的遺傳學，使用了順反子、突變子和重組子等概念；TR和T*R之間是強類似關(guān)系。修正版遺傳學中的基因與DNA序列具有同一關(guān)系，顯性與相應的DNA片段指導活性酶的合成之間也有同一關(guān)系[2]。

從1970年代初到1980年代初，沙夫那分析了燃素說和以太說被放棄的案例。在他看來，“修正”有程度的不同，最大程度就是替代，最小程度就是沒有修正。這樣，針對同一個經(jīng)驗域(empirical domain)兩個理論之間的關(guān)系就形成了一個從完全還原到完全替代的連續(xù)統(tǒng)。他提出的“一般還原-替代模型”(GRR)，就容納了科學史上有關(guān)同一組實驗材料的不同理論之間關(guān)系的復雜情況。

然而，GRR模型只能說明一個新理論如何成為解釋特定經(jīng)驗域的唯一理論情況，而不能說明舊理論與新理論同時存在的情況。實際上，孟德爾遺傳學在今天仍然是遺傳學教科書中的重要內(nèi)容，分子生物學并沒有完全代替它或還原它。從1980年代初至今，沙夫那關(guān)注了有關(guān)科學理論結(jié)構(gòu)和科學解釋的討論，在分析海兔(Aplysia)學習和記憶行為的神經(jīng)生理機制的基礎(chǔ)上，區(qū)分了還原的復雜解釋和簡單解釋，限制了GRR的適用范圍，進而給出了把生物學整合成統(tǒng)一科學的新路徑。

關(guān)于海兔記憶的分子機制研究是由坎德爾做出的。海兔這種海洋軟體動物的神經(jīng)系統(tǒng)僅由大約20 000個神經(jīng)細胞組成，而且多數(shù)細胞體積相當大，是理想的實驗對象。海兔有這樣的習性：虹吸管和尾部受到刺激，都會有一個縮鰓反應。從感覺神經(jīng)元到運動神經(jīng)元，突觸電位只持續(xù)幾毫秒，而尾部受到電擊后突觸傳遞可以持續(xù)幾分鐘。幾毫秒的突觸電位怎么會引起數(shù)分鐘的突觸傳遞呢？坎德爾等人發(fā)現(xiàn)了從尾部感覺神經(jīng)元到虹吸管感覺神經(jīng)元之間的中間神經(jīng)元，持續(xù)數(shù)分鐘的慢電位正是來自于中間神經(jīng)元。中間神經(jīng)元與虹吸管感覺神經(jīng)元的前突觸端又形成突觸，正是在這個突觸上產(chǎn)生了慢電位。慢電位導致感覺神經(jīng)元釋放神經(jīng)遞質(zhì)的量增多，縮鰓反應的時間也延長。這實際上就是一種致敏化，也是短時記憶產(chǎn)生的機理。

坎德爾指出了這種短時記憶分子機制或生物化學反應鏈。電擊海兔的尾部，激活中間神經(jīng)元，中間神經(jīng)元會向突觸內(nèi)釋放5-羥色胺。這種5-羥色胺(也叫血清素)被稱為第二信使，是形成記憶的重要物質(zhì)，能穿過突觸間隙結(jié)合到感覺神經(jīng)元的受體上，使感覺神經(jīng)元合成更多的cAMP(環(huán)腺苷酸)。cAMP激活了蛋白質(zhì)激酶A，而蛋白質(zhì)激酶A又促使谷氨酸向感覺神經(jīng)元與運動神經(jīng)元的突觸內(nèi)釋放。谷氨酸就是主要的神經(jīng)遞質(zhì)，進入運動神經(jīng)元后，導致縮鰓反應。

沙夫那承認，關(guān)于海兔致敏作用的研究并沒有發(fā)現(xiàn)物理學中那樣的普遍規(guī)律，諸如“蛋白激酶是由分子磷酸化來激活的，環(huán)磷腺苷是第二信使”這樣的概括，總是遺留了某些含義。不僅如此，這種分子機制的適用范圍是有限的，對于不同生物以及同一生物的不同行為來說，相應的神經(jīng)機制總會有些改變。海兔致敏的短期機制和長期機制就有差別。沙夫那強調(diào)，典型的生物學理論是跨層次的，其形式是由因果時序構(gòu)成的模型。在這種情況下，GRR模型還適合于說明神經(jīng)生理學的實踐嗎？沙夫那的回答是肯定的，但對GRR模型進行了如下限制。

第一，完全還原的實現(xiàn)存在著認識論的障礙，GRR模型所說的那種還原只能部分地存在。他說：“在生物學中，我們具有概括程度不同的一組因果句，其中大量是針對具體系統(tǒng)的。在遙遠的將來，類似‘磷酸化關(guān)閉了一類K通道，使動作電位正常復極’這樣的句子也許能夠被蛋白質(zhì)化學的一般規(guī)律所解釋，但當前不能。這部分地是因為我們甚至還不能從氨基酸的完全知識推出像激酶和K通道這種蛋白質(zhì)的三維結(jié)構(gòu)。基本的和普遍的原理，要等到科學的進一步發(fā)展。所以，這種說明中的解釋項，也即解釋性概括，將是適用范圍不同的跨層次因果概括的復雜網(wǎng)絡(通常要用一個理想系統(tǒng)來表示)，以及對進入系統(tǒng)的因果序列性質(zhì)的詳細文字刻畫?！盵9]沙夫那相信，這種復雜的因果解釋中存在著一種局部模型還原(partial model reduction)，這種還原不是基于生物化學一個層次的，而是給出分子生物學解釋，而分子生物學解釋的解釋項通常是多層次的，從分子、細胞到器官。起還原作用的模型還可以進一步被整合進另外的模型，如生物化學模型被整合進關(guān)于鰓-虹吸管反射的神經(jīng)回路模型。這樣的模型的應用域很小，甚至不能推廣到同一個生物的其他器官。如果把這些模型看作是生物學理論并與物理學理論相比，那么兩者的差別就是根本性的。

第二，在有些情況下，因果機制解釋比GRR要求的還原更恰當。20世紀80年代，薩爾蒙針對科學解釋覆蓋律模型的困難，提出了因果機制(CM)的解釋模型。其要點是：對某事件E的解釋就是查找出導致 E 的因果過程和相互作用，至少是部分的，并描述這種過程和相互作用本身。這顯然與“作為論證的解釋”相區(qū)別。沙夫那基于科學發(fā)展的不同狀況討論了兩者的關(guān)系(見表1)。

表1 科學發(fā)展不同狀況與兩種還原的地位

按照表1，當科學尚未得到充分發(fā)展時，對于那些有著跨層次機制的現(xiàn)象來說，CM解釋方案就更自然一些，而GRR要求的不同層次概念的可連接性盡管是存在的，但卻十分復雜，因而也就因過于繁雜而難以實施?；蛘哒f，復雜的GRR模型遠不如跨層次因果解釋來得自然和可操作。當科學得到了充分發(fā)展時，簡單的GRR模型與科學實踐匹配得最好。但是，如果還原理論是一些模型的匯集，GRR所要求那種可公理化的概括就可能比因果機制概括還復雜，這時運用CM方案仍是必要的。

這里，沙夫那似乎有這樣一個預設前提：科學最終都可以達到透明科學的發(fā)展程度，因而使用因果機制來解釋生命只是暫時的。所謂透明科學，是已經(jīng)被完全公理化的科學，沒有遺留隱含的意義。由這個預設前提，就可以理解沙夫那為什么一直堅信GRR模型是有力的和可辯護的。在他看來，僅當還原不協(xié)調(diào)、不完備時，像因果機制這樣的備選方案才會被看作是好的選擇。他對這種備選方案的應用給了兩點告誡：第一，更形式的還原模型(如GRR)可能會把一些隱含的意義遺留給因果機制這樣的方案，但卻能為說明這種還原提供重要的理解；第二，訴諸因果機制的分析必須輔以對規(guī)律的探求，這樣才能對還原的精細結(jié)構(gòu)給予充分的分析[9]。這兩點告誡無非是說科學理論最終都將成為規(guī)律的演繹閉合體系。沙夫那堅持這個觀點的理由是：第一，訴諸機制就一定要訴諸工作定律(laws of working)，也就是對因果機制運行規(guī)則概括；第二，即使遵循語義觀，也必須像在GRR模型中那樣來理解概括；第三，不論用語義觀還是句法觀，都要求有用于表達理論的實體詞和謂詞，如總要把致敏作用與突觸增強、傳遞增強這樣的術(shù)語連接起來，而這就是一種還原；第四，當我們要證明還原理論的推理時，沒有什么能比利用演繹推理原則做的更好[9]。

沙夫那所堅持的生物學還原，已經(jīng)是大大弱化了的理論還原，也就是部分還原。他說：“大多數(shù)生物學中所說的還原，其實頂多是部分還原(partial reduction)，在這種部分還原過程中，被還原科學的修正部分將被還原科學的相應部分所還原(或解釋)，而且在這種部分還原中，一個因果-機制方法在描述結(jié)果方面比GRR這樣的形式還原模型更好。”[10]按照沙夫那，成功的部分還原是恰當?shù)囊蚬麢C制解釋，而恰當?shù)囊蚬麢C制解釋滿足下面三個條件：第一，解釋項是生物機體或過程的一個部分，也就是說，是所研究生物機體或過程中的部分可分解的微觀結(jié)構(gòu)；第二，被解釋項是更為總括的聚合性質(zhì)或目標狀態(tài)；第三，存在允許把宏觀描述與微觀刻畫關(guān)聯(lián)起來的可連接性假定(這種可連接性假定有時是因果的，其臨界情況將是同一性命題，如，某基因=某DNA序列)。在生物學中，這種因果機制解釋通常是跨層次的，即不僅被解釋項是多層次的，解釋項也是多層次的。例如，孟德爾遺傳理論作為被還原理論是跨層次的(涉及細胞、染色體、DNA鏈、位點以及酶等)，作為還原理論的分子生物學也是跨層次的(如離子、分子、細胞、細胞網(wǎng)絡等)。說還原是部分的，是因為像豌豆表現(xiàn)型這樣的目標狀態(tài)直到目前還不能完全由分子機制來說明。

基于部分還原的解釋是局部解釋(local explanation)，區(qū)別于全局解釋(global explanation)。前者是針對某個領(lǐng)域的某個時段的，而后者則跨越科學變化或革命的幾個連續(xù)的歷史時期。局部解釋模型包含兩個基本組成：領(lǐng)域(field)和首選因果模型系統(tǒng)(preferred causal model system)。確定一個領(lǐng)域其實是比較各種解釋并進行優(yōu)選的活動，一篇重要的科學研究論文的綜述部分就是在做這項工作。首選因果模型系統(tǒng)就是其中的一個可能為真的解釋的候選者，表達了一個歷時過程的因果關(guān)系系列?？驳聽柕耐挥|前敏感化模型，就是一個比較復雜的首選因果模型系統(tǒng)。在這個模型系統(tǒng)中，必須有一些普遍的假定，大都是定性的因果概括，有時還能表示為數(shù)學公式。按照沙夫那的分析，德·博諾等人在2002年對秀麗隱桿線蟲(C. elegans)攝食行為的行為遺傳學和神經(jīng)生理學研究就提供了這樣一個局部解釋。秀麗隱桿線蟲的攝食行為可以是集群的，也可以是單獨的。集群攝食類型可以突變?yōu)閱为殧z食類型，而這種突變體又可以有回復突變，成為集群攝食類型。德·博諾等人在2002年的論文中，對以前給出的解釋(即用NPR-1蛋白質(zhì)的微小差別來區(qū)分兩種不同的攝食類型)進行了評述，認為這個簡單模型還沒有明確基因npr-1究竟在哪些細胞中表達。德·博諾等人在2002年的工作就是繼續(xù)識別這些細胞。顯然，對以往有關(guān)研究的評價就是在確定了一個領(lǐng)域(field)。德·博諾等人在2002年給出的首選因果模型系統(tǒng)(PCMS)更為復雜，涉及兩個不同的路徑。路徑之一是通過修飾基因，在一定外部環(huán)境的壓力下使集群攝食類型回復為單獨攝食類型。路徑之二是不同基因(osm-9、ocr-2、odr-4、 odr-8)的突變造成了線蟲兩種類型的變異。他們利用綠色熒光蛋白標記和激光燒蝕神經(jīng)元的辦法確定了有關(guān)基因表達的細胞是神經(jīng)元ASH和ADL。線蟲攝食行為的改變現(xiàn)象，由分子遺傳學和神經(jīng)科學給予了局部解釋，這種局部解釋就實現(xiàn)了從動物行為學到分子遺傳學和神經(jīng)科學的部分還原。

這種部分還原很像解釋還原，在生物學特別是系統(tǒng)生物學的研究實踐中是富有成效的。正因如此，沙夫那才把理論還原比作柴郡貓，把生物學中廣泛存在的不完全和零散的還原解釋比作柴郡貓留下的微笑，并說這種部分還原具有獲得諾貝爾獎的潛力。筆者還要進一步指出，這種部分還原盡管是不完全和不規(guī)整的，仍然具有統(tǒng)一科學的作用。這里有一個如何理解“統(tǒng)一”的意義問題。沙夫那堅持認為“統(tǒng)一”是以邏輯的可導出性為前提的，從而學科的歸并成了“統(tǒng)一”的基本特征。如果把學科歸并看成是科學統(tǒng)一的唯一意義，那就不能說明普遍存在的學科分化和新學科產(chǎn)生的事實。所以，科學統(tǒng)一還應當有學科歸并以外的意義。

三、機制、模型與整合

基于理論還原的科學統(tǒng)一學說，大都有這樣的預設前提：科學理論是一個命題演繹系統(tǒng)，每個命題或規(guī)律又都陳述了某個自然類的共同性質(zhì)，因而其與初始條件陳述的合取能夠推導出(或解釋)該自然類成員的獨特性質(zhì)；更基本的理論覆蓋了更大的自然類，因而能夠把那些只是覆蓋作為更大自然類子類的理論歸并于它。這種預設與當代生物學學科分化繁多的事實不相容。反還原論者大都在否認理論還原的同時也放棄了科學統(tǒng)一的主張，因為他們也與還原論者一樣把科學統(tǒng)一僅僅理解為學科的歸并。盡管并不存在“最基本的理論”，但生物學家的實踐中總是要關(guān)注高層次的生命現(xiàn)象，總是要通過協(xié)調(diào)、整合或綜合不同的認識資源來解釋它們。在說明生物學實踐的過程中，許多生物學哲學家放棄了對學科歸并式的科學統(tǒng)一的追求以及把理論看作是認知單位的主張，轉(zhuǎn)而關(guān)注機制、模型以及不同機制之間的協(xié)調(diào)、整合等雙向互動關(guān)系。這實際上是生物學統(tǒng)一的一種新策略。

達爾丹和茅爾在1977年提出的“跨域理論”，其實就是整合了不同領(lǐng)域(field)認知資源而形成的新理論。例如，染色體遺傳理論就整合了先前并無關(guān)聯(lián)的兩個領(lǐng)域：孟德爾遺傳學和細胞學。染色體理論的確統(tǒng)一了細胞學和孟德爾遺傳學，但并沒有把孟德爾遺傳學還原為細胞學，也沒有把染色體理論還原為細胞學或把孟德爾遺傳學還原為染色體理論。也就是說，生物學的統(tǒng)一并沒有體現(xiàn)為學科的歸并，而是體現(xiàn)為新學科(即跨域理論)的誕生。20世紀90年代以來，達爾丹和茅爾1977年的工作在生物學哲學中受到了越來越多的關(guān)注，有關(guān)機制及其整合討論的文獻也多了起來。

所謂機制或機理(mechanism)，是像機器那樣的系統(tǒng)，其組成部分被按照某種規(guī)則組織起來，一旦運行起來就能產(chǎn)生所期望的目標狀態(tài)。生物學的發(fā)現(xiàn)，通常就是了解了某種生命現(xiàn)象產(chǎn)生的機制，如DNA復制機制，乳糖操縱子調(diào)節(jié)乳糖水平的機制，以及上文談到的海兔短期記憶的機制和秀麗隱桿線蟲集群攝食行為的機制，等等。機制顯然不同于作為命題演繹系統(tǒng)的理論，是另一種認知單位或知識形態(tài)。如果機制被看作是不同于理論的認知單位，把各學科聯(lián)系起來的途徑就不止是基于理論還原的學科歸并。達爾丹就依據(jù)機制以及機制整合的觀念分析了孟德爾遺傳學與分子生物學的關(guān)系，使我們看到了另一種統(tǒng)一科學的途徑。

達爾丹是這樣刻畫機制這個概念的：“機制是被組織起來的實體和運動，這種組織使得它們能在從開始或建構(gòu)到結(jié)束或終結(jié)狀態(tài)的過程中產(chǎn)生規(guī)則性變化?！盵11]這里的實體可以是大分子、亞細胞結(jié)構(gòu)以及細胞等；運動可以是幾何-機械運動(如酶與底物的鎖定與鑰匙打開)、化學鍵合運動(如形成強的共價鍵和弱的氫鍵)等。各種實體和運動的組織關(guān)系源于現(xiàn)象或過程從開始到結(jié)束的連續(xù)性，從而每一個階段都引起了下一個階段。在一個機制內(nèi)執(zhí)行某項活動的實體是工作實體(working entity)，它具有造成某種性質(zhì)的活性，可能具有一個或多個固定的活性部位。在一個機制中的各個工作實體經(jīng)常是大小不同的，如蛋白質(zhì)合成機制中就有離子、大分子和細胞器這樣一些大小不同的工作實體。因此，一個機制并不只對應單一的層次。機制可以有兩種表征：一種是像中心法則示意圖( DNA→RNA→蛋白質(zhì))這樣的概略表征，可以由DNA復制、RNA轉(zhuǎn)錄以及蛋白質(zhì)合成的詳細過程來細化，這叫做機制圖示(mechanism schema)；另一種是機制框圖(mechanism sketch)，這是包含一個或多個黑箱的機制示意圖，就像孟德爾分離規(guī)律假定了遺傳顆粒那樣。圖示和框圖都被稱為模型，但后者因其假定性而不能被具體例示。

按照達爾丹的分析，孟德爾遺傳學、細胞學和分子生物學是三個有關(guān)遺傳機制的領(lǐng)域，三者在時間上形成了一個機制序列，后者是對前者的擴展解釋。孟德爾遺傳學的領(lǐng)域興起于1900并發(fā)展于1920年代，其核心問題是性狀遺傳型式的解釋，孟德爾的分離規(guī)律和獨立分配規(guī)律就是對經(jīng)驗規(guī)則性的解釋(規(guī)則性的陳述借助了假定的基因行為)。細胞學領(lǐng)域的核心問題在19世紀是確定生物體的基本單位，在20世紀初發(fā)現(xiàn)了體細胞和性細胞分裂中染色體的不同行為，進而為孟德爾規(guī)律所涉及的規(guī)則性提供了解釋。分子生物學的核心問題是基因的本質(zhì)，由于發(fā)現(xiàn)了DNA復制、點突變、蛋白質(zhì)合成以及基因調(diào)節(jié)的機制圖示，細化了遺傳機制。達爾丹認為：“孟德爾遺傳學與分子生物學這兩個領(lǐng)域是被分別研究的，但在一個(我們現(xiàn)在知道是)整合的遺傳機制時間序列中，那些基于在不同時期發(fā)揮功能的工作實體的機制被順序地連接起來。”[11]

在孟德爾遺傳學中，整個遺傳機制的時間序列還只是一個框圖，因為基因復制、基因表達和蛋白質(zhì)合成的機制以及工作實體都是未知的。分子生物學把這兩個黑箱變成了白箱，從而，這個遺傳機制序列也就成了圖示。1900年，細胞學家已經(jīng)在顯微鏡下發(fā)現(xiàn)成對染色體在配子形成中彼此分離，從而配子擁有親本一半的染色體數(shù)目。孟德爾遺傳的染色體理論作為一個跨域理論，使得在孟德爾那里并不明確的細胞學機制變成了白箱。這段歷史表明，孟德爾遺傳學和分子生物學這兩個領(lǐng)域是對一個整合的遺傳機制時間序列不同時期的研究，減數(shù)分裂這樣的染色體機制并沒有被歸并到分子生物學或被分子生物學所替代，而是被整合到先前或其后的分子機制中。“分子DNA機制填充了孟德爾/細胞學技術(shù)未闡明的黑箱。遺傳學的進步不在于還原或替代，而在于發(fā)現(xiàn)了新機制并把它們整合進遺傳機制的時間序列?！盵11]

達爾丹等人強調(diào)的是機制整合。但是，在科學統(tǒng)一的進程中并不僅僅只有機制整合。奧莫利近來明確區(qū)分了三種不同的整合：數(shù)據(jù)整合、方法論整合以及解釋的整合。數(shù)據(jù)整合是對大量的分子生物學以及其他生物學數(shù)據(jù)的搜集、建立數(shù)據(jù)庫、精確數(shù)據(jù)量化和標準化，從而設計出能夠適合對新問題再分析和以新方法合成新數(shù)據(jù)的用戶界面；方法論整合包括為解決某個具體問題指示一系列方法(以便明確解決問題的維度)，這些方法結(jié)合起來使用可以解決單一方法所不能解決的問題；解釋的整合是指以往沒有聯(lián)系的理論的綜合，把解釋和預見模型從一個研究域?qū)氲搅硪粋€研究域[12]。達爾丹的機制整合應當屬于奧莫利的解釋整合。

1993年，貝克特爾討論了二戰(zhàn)時期細胞生物學對細胞學和生物化學的整合。在貝克特爾看來，細胞生物學整合了當時的細胞分級分離技術(shù)和電子顯微鏡技術(shù)，這兩項技術(shù)分別屬于生物化學和細胞學領(lǐng)域的核心技術(shù)；這種學科整合還體現(xiàn)為理論在科學家和科學體制中的具體化?？茖W知識的生產(chǎn)不是以物理學、化學、生物學等這樣的大領(lǐng)域為運作單位的，最具體的生產(chǎn)單位通常是實驗室，而實驗室又經(jīng)常是跨學科的，實驗室的工作要圍繞一個核心問題來展開。核心問題的解決經(jīng)常需要其他學科的信息和技術(shù)，這導致科學家在其他學科尋求工具和信息，或與其他學科的科學家合作。也有這種情況，掌握了本學科知識和工具的科學家把這些知識和工具運用于其他學科。無論是哪一種情況，都為新學科的產(chǎn)生創(chuàng)造了機會。細胞生物學正是這種知識和技術(shù)移植的產(chǎn)物。

按照貝克特爾的分析，在成為細胞生物學的重要方法之前，相應的生物化學技術(shù)和經(jīng)典細胞學技術(shù)都經(jīng)過了一個改進和不斷精密化的過程。早在19世紀末，生物化學研究就利用了萃取細胞可溶物的技術(shù)，也就是先打碎細胞，再用相應的溶劑來萃取可溶物，進而通過化學分析來確定這些萃取物的化學成分。這種方法在發(fā)酵研究中很成功。畢希納1897年證明脫細胞的萃取物(酵母汁)保持了催化發(fā)酵的作用，而三十年后的生化學家已經(jīng)繪制出發(fā)酵反應的基本過程。但由于這個過程破壞了細胞結(jié)構(gòu)，因而不能確定各種反應在細胞的何種位置進行，也不能確定細胞的物理組織對整個過程有什么作用。細胞分級分離技術(shù)對此有重要的補充。細胞分級分離就是按照細胞成分的比重，用離心機分離細胞的不同成分。最早使用分級分離技術(shù)取得重要成果的是本斯利等人在1930年代的工作，他們成功地分離出了線粒體。在1940年代，克勞德又進一步發(fā)展了這項技術(shù)，把打碎的細胞分離為4層：細胞核、線粒體、微粒體和上清液。借助細胞分級分離技術(shù)，傳統(tǒng)的細胞學能夠分辨出不同細胞器或細胞不同部分的物質(zhì)組成。但是，這種生物化學技術(shù)要把細胞打碎，而細胞器的形態(tài)學研究必須在保留細胞完整結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上才是可信的。這就需要一種保留細胞完整結(jié)構(gòu)的研究手段，而電子顯微鏡的出現(xiàn)滿足了這種需要。

1940年之前的細胞學研究主要使用光學顯微鏡和染色技術(shù)。可見光的波長將限制分辨率，而電子的波長遠遠小于可見光的，這使人們有了電子顯微鏡的設想。1930年代，在物理學、化學和工程中電子顯微鏡有了最初的發(fā)展。但直到1942年，生物學家才開始使用電子顯微鏡，這就是安德森借助電子顯微鏡觀察病毒的工作。用電子顯微鏡觀察亞細胞結(jié)構(gòu)的工作開始于1944-1945年，分別是由施密特和克勞德作出的。

電子顯微鏡和細胞分級分離技術(shù)是相互補充的。電子顯微鏡確定了亞細胞成分的性質(zhì)，分級分離技術(shù)確定了化學功能。這兩項技術(shù)不僅像橋一樣連接了傳統(tǒng)的生物化學和細胞學，也成為細胞生物學誕生的前提。細胞生物學依賴這些技術(shù)，實現(xiàn)了對細胞的整體、亞顯微、分子等三個層次的動態(tài)研究， 獲得了細胞和細胞器的結(jié)構(gòu)和功能、細胞的生活史和各種生命活動規(guī)律的知識，成了生物學中最具活力的研究領(lǐng)域之一。細胞生物學中有關(guān)輔酶A和三羧酸循環(huán)等一系列發(fā)現(xiàn)贏得了諾貝爾醫(yī)學生理學獎，就說明了這種活力。

貝克特爾還指出，細胞生物學成為一個活力持久的學科而不僅僅是臨時的研究域，不僅需要有新工具以及運用新工具獲得新知識，還需要有新體制為細胞生物學提供穩(wěn)定的工作環(huán)境[13]。貝克特爾例舉了1950年代創(chuàng)立的細胞生物學的專業(yè)期刊，如1950年代創(chuàng)刊的“實驗細胞研究”、1952年創(chuàng)刊的“國際細胞學評論”、1953年創(chuàng)刊的“組織化學與細胞化學研究”、1955年創(chuàng)刊的“生物物理與生物化學細胞學”，等等；他還談到了這個時期成立的相關(guān)專業(yè)組織，如組織培養(yǎng)學會、普通生理學學會、NIH的細胞生物學研究分會等。這些專業(yè)組織也為整合相關(guān)知識提供了必要條件。

四、生物學統(tǒng)一的意義

按照理論還原模式來理解科學統(tǒng)一，讓我們產(chǎn)生了這樣的幻覺：統(tǒng)一是發(fā)生在學科之間的，一定體現(xiàn)為學科的歸并。可是，在關(guān)于整合的討論中所看到的是學科分化。達爾丹的跨域理論沒有取消被它整合的學科，而貝克特爾的學科整合其結(jié)果是形成了新學科甚至是新的交叉學科群。在統(tǒng)一的名義下，我們看到的卻是學科的分化。生物學的學科分化就非常典型。生物學家從事的是整合和統(tǒng)一事業(yè)，而科學的實際歷史卻更多地顯示了學科分化的事實。這種矛盾是怎樣形成的？回答了這個問題，也就明確了生物學統(tǒng)一的意義。

這首先源于學科(discipline)的形成并不僅僅是由于科學本身的問題，其中有復雜的社會因素。在很大程度上，學科劃分所體現(xiàn)的是科學的社會建制，由人們所處時代的價值取向來決定。人們對自然的認識水平與如何劃分學科之間，并沒有一一對應的關(guān)系。學科劃分也許是人們的習慣所致，也許是從管理的方便這種實用目的來考慮的，甚至也有可能是政治和經(jīng)濟制度決定的。不可能對學科給出普遍適用的定義，把哪些研究歸于物理學或者生物學，這主要取決于定義者的考慮。無論把生物化學當作細胞生物學內(nèi)的子學科還是當作與細胞生物學級別相同的學科，都不會改變生物化學知識本身，氧化磷酸化、三羧酸循環(huán)等機制不會因此被改變。一些科學社會學家依據(jù)學科劃分的這種社會特征得出了令人沮喪的相對主義結(jié)論，以為知識本身也是社會協(xié)商的結(jié)果，在很大程度上是因為他們就把科學知識本身與學科劃分相提并論了。

為了避免“學科”這個概念給我們帶來的誤解，一些學者盡量避免使用“學科”這個詞，而用域(domain)、領(lǐng)域或場(field)等來代替。夏佩爾使用了域的概念，并把它定義為由各個信息項(item of information)結(jié)合而成的信息群(body of information)。這種信息群具有以下特征：“(1)這種結(jié)合是以各項之間的某些關(guān)系為基礎(chǔ)的。(2)這樣連接起來的信息群存在某種問題。(3)這個問題是一個重要的問題。(4)科學研究這個問題已經(jīng)‘時機成熟’。”[14](P306)在夏佩爾看來，把一個信息群作為一個域，這本身就是對更深層的統(tǒng)一性的猜想，是一個經(jīng)驗上可錯的假說。同時，一個項的確定也要依據(jù)一個科學理論或假說。既然域的定義本身就是一個科學假說，那么，域就排除了學科所具有的社會學意義。

達爾丹和茅爾在1977年的經(jīng)典論文中也做了類似的工作，他們用領(lǐng)域(field)替了學科?！白鳛榭茖W一個區(qū)域的領(lǐng)域由以下要素組成：一個核心問題，被看作是與該問題相關(guān)的作為事實的項所構(gòu)成的域，一般解釋性因子和作為如何解決該問題預期的目標，技術(shù)與方法，有時還有有關(guān)這個問題的概念、規(guī)律和理論以及要實現(xiàn)的解釋目標。一個領(lǐng)域的典型要素經(jīng)常伴有一個特殊的詞匯。當然，我們還可以嘗試把制度的和社會學的因子與領(lǐng)域要素聯(lián)系起來，但這種闡釋不能服務于我們的目的。我們感興趣的是概念的而不是社會學的改變。所以，領(lǐng)域的要素是觀念的而不是社會學的，是哲學家而不是社會學家所感興趣的?！盵15]顯然，達爾丹和茅爾比夏佩爾更明確地說出了避免學科概念的理由。不僅如此，他們還避免使用“理論”這個詞，這是因為，對理論之間邏輯演繹關(guān)系的追求掩蓋了領(lǐng)域之間關(guān)系的豐富性，以至完全忽略了跨域理論的存在。所以，科學統(tǒng)一既要超越理論之間的還原關(guān)系，也不能被定義為學科的歸并，而應當被理解成不同研究域之間的關(guān)系，而研究域的核心要素是科學問題。

所謂統(tǒng)一(unity)，其意義并不局限于合而為一或建立起邏輯演繹關(guān)系，還應包括科學問題所涉及到的自然界各種性質(zhì)之間的構(gòu)成關(guān)系和因果(即使是概率因果)關(guān)系的發(fā)現(xiàn)。整合、綜合、共存(symbiosis)、協(xié)同(co-operation)、趨同(convergence)等用語都反映了統(tǒng)一的某種意義。因此，發(fā)現(xiàn)這樣一種聯(lián)系，進而形成新的科學問題，并不一定意味著研究域的合并，很多時候也體現(xiàn)為建立新的研究域或我們常說的學科分化。這種學科或研究領(lǐng)域的分化，從另一個角度反映了統(tǒng)一。分子生物學的核心問題雖然來自染色體、基因與核酸分子之間關(guān)系的發(fā)現(xiàn)，但僅僅從分子層面不能完全解釋分離、交叉、連鎖和獨立分配等現(xiàn)象，分子生物學并沒有完全取代孟德爾遺傳學，而是作為一個新的研究域存在的。基于這些，科學統(tǒng)一與學科分化同時存在的科學史事實就能夠被理解了。

需要回答的另一個問題是：為什么研究域的整合或統(tǒng)一具有促進生物學進步的作用？這首先是因為建立一個研究域本身就是科學的題中應有之義。用夏佩爾的話來說就是：“把一個信息群視為一個域時所涉及的對更進一步或更深層的統(tǒng)一性的猜測，本身是一種可能會被證明本來就是錯誤的假說。換句話說，一個信息群構(gòu)成一個域，這本身就是一種可能最終被否定的假說?！盵14](P308)更為重要的是，科學問題往往不是針對一個孤立的事實而產(chǎn)生的，各種事實之間的關(guān)系才產(chǎn)生科學問題。就生物學來說，要研究任何一種生命現(xiàn)象都要涉及其他的生命現(xiàn)象，因為生物是作為整體存在的。不同研究域之間的聯(lián)系被揭示出來，意味著發(fā)現(xiàn)了現(xiàn)象、性質(zhì)或過程之間的新的關(guān)系，當然也就增進了知識或達成了科學知識的進步。追求科學統(tǒng)一性的合理性就在于此。

一些反對科學統(tǒng)一的學者，采取了反還原論的論證策略。杜普雷就把科學統(tǒng)一與科學的最終目標和理論還原聯(lián)系在一起?！霸从诳茖W將匯聚于最終真理這一觀念的追求，其實是就是科學不斷被統(tǒng)一的過程。這種統(tǒng)一被設想為通過把各種科學最終還原為研究結(jié)構(gòu)成分的基本科學；由于這一過程是及物的，其結(jié)果就是當這個過程完結(jié)時，所有科學就都被還原成基本粒子物理學?！盵16]杜普雷對科學統(tǒng)一的這個理解在很大程度上是漫畫化的，并不代表科學家在科學實踐中對科學統(tǒng)一策略的應用。上述對海兔短期記憶機制的案例分析表明，坎德爾把血清素這種第二信使與縮鰓反應的增強聯(lián)系起來，就在離子、電子的水平上對海兔神經(jīng)生理活動給予了解釋，但不存在把神經(jīng)生理學劃歸為化學或物理學的問題，也不存在終極解釋問題?？茖W統(tǒng)一作為工作假說對于科學實踐的啟發(fā)意義在于它告訴我們，尋找各種現(xiàn)象之間的聯(lián)系是取得知識的基本途徑，而不在于對終極真理的假定。這里的統(tǒng)一不是歸為單一，而是聯(lián)系的普遍性。

多元論(多元實在論、方法論多元論)是反統(tǒng)一論者論證科學非統(tǒng)一性的又一重要途徑。多元論有多種形式，如相對主義(relativism)、與境主義(contextualism)以及視角主義(perspectivalism)等。但不管哪一種多元論，在主張科學非統(tǒng)一性方面都強調(diào)認識的個體特征。由于社會背景不同，即使對同一種現(xiàn)象每個人的科學興趣、認識方法以及語言表述也可能是不同的?；谶@類理由所形成的科學非統(tǒng)一觀念，如果是像相對主義那樣強調(diào)真理的相對性，那就與科學的實踐相對立，因為科學知識體系包含的任何矛盾都是科學家所不能容忍的。如果科學的非統(tǒng)一性只是意味著特殊科學的自主性，那對科學實踐也沒有什么的啟發(fā)性價值，因為科學解釋總是用一些事實說明另一些事實，也就是要找到各種現(xiàn)象之間的聯(lián)系?？茖W統(tǒng)一作為工作假說的啟發(fā)性就在于預設了這種聯(lián)系。因此，對科學非統(tǒng)一性的追求，完全背離了科學實踐的宗旨。

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Reduction, Integration, and New Strategy for Biological Unification

DONGGuo-an

(SchoolofPhilosophy,SouthChinaNormalUniversity,Guangzhou,Guangdong510006,China)

The problem on scientific unification has long been an issue focus in the philosophy of science. The philosophical movement of denying scientific unification has not changed biologists' effort to adhere biological unification. Schaffner's researches show that theoretical reduction plays an important evocative role in biological practice. Darden and others have indicated that there are some unified strategies without reduction. It is a fact in biological history that a variety of unified strategies has been promoting biological developments, but the ideal about disunity of science is not the main way of biological practice.

scientific unification; integration; reduction; scientific dis-unification

2016-08-13基金項目：國家社科基金重大項目資助(14ZDB171)作者簡介：董國安(1958-)，男，黑龍江湯原人，教授，博士生導師，主要從事科學哲學和生物學哲學研究。

第31卷第5期2016年9月長沙理工大學學報(社會科學版)JOURNALOFCHANGSHAUNIVERSITYOFSCIENCE&TECHNOLOGY(SOCIALSCIENCE)Vol．31No．5Sept．2016

N031

A

1672-934X(2016)05-0005-011

10.16573/j.cnki.1672-934x.2016.05.001