第61篇 贝塔朗菲谈生命科学中的系统论

杨鸿智

第61篇  贝塔朗菲谈生命科学中的系统论
作者：
中国医药信息学会北京分会后现代理论医学专业委员会主任委员杨鸿智
说明：
这里转贴贝塔朗菲的书《生命问题》中第一章第2小节：机体论概念。贝塔朗菲最初把自己关于生命问题的系统论思想称为机体论。许多网友不知道“机体论”这个概念，现在补上这一课是有益的。贝塔朗菲在谈生命科学中的系统论的同时，就批判了生命科学中的机械论思想和还原论思想。系统论创始人的这些经典论述对我们接受系统论思想和认识还原论思想的错误是有重要作用的。下面请看转贴内容：
2．机体论概念
　　我们的时代，科学概念发生了根本的变化。现代物理学革命广为人知。以相对论和量子论为标志的这些革命引起了物理学理论的根本变革和发展。物理学的这种发展超过了它在过去几个世纪里取得的进步。尽管生物学思想领域内发生的变化并不显著，但已发生的变化的结果并不是没有意义的。这些变化既产生了对生命本质的基本问题的新看法，也引出了新的问题和新的解释。
　　我们可以认为，现代生物学的发展已得到了这样一个确定的事实，即完全不赞同机械论和活力论这两种传统观点，而是确认一种新的、超越这两者的第三种观点。本作者称这种观点为机体论概念，本作者提出这个概念已二十多年。人们发现，在生物学的各个领域以及医学、心理学、社会学等这些邻接的学科内，与这个概念相类似的概念是必要的，并已得到了发展。如果我们保留“机体论概念”这个术语，那么我们也只是为了给一种观念以方便的称谓，因为这种观念虽已变得非常普遍，但多数人又不知道如何称呼它。可能正是本作者最先以科学的和逻辑的一致形式阐发了这种新观点，这样说似乎也并不过分。
　　迄今生物学研究和生物学思想是由三种主导观念决定的。这三种主要观念可以称为分析和累加的概念，机器理论的概念和反应理论的概念。
　　把我们在生命界遇见的复杂的实体和过程，分解为基本的单位，分析它们，以便用并列或累加这些基本的单位和过程的方法解释它们，这似乎是生物学研究的目的。经典物理学的程序提供了这种研究模式。因此，化学把物体分解为基本组分——分子和原子；物理学把摧毁树木的风暴看作是空气粒子运动的总和，把躯体的热看作分子动能的总和，等等。生物学的所有领域也应用与此相应的程序，正如某些例子显然表明的那样。
　　例如，生物化学研究生物体的个别的化学成分和生物体内进行的化学过程。用这种方法确定细胞和有机体中的化合物及其反应活动。
　　传统的细胞理论认为细胞是生命的基本单位，好比认为原子是化合物的基本单位。因而，从形态学上看，多细胞有机体好像是细胞这种构成单位的聚集体；在生理学上，人们则倾向于把整个有机体中的生理过程分解为细胞内的生理过程。微耳和（Virchow）的“细胞病理学”和弗沃恩（Verworn）的“细胞生理学”，对这种观点作了纲领性的论述。
　　有机体胚胎发育研究领域也应用这样的观点。魏斯曼（Weis－mann）的经典理论（p．56）假定卵核中存在着许多构造个别器官的原基（anlagen）或微小的基本的发育机器。在发育过程中，这些原基随着细胞分裂而逐渐分离，每个胚原基经历这样的过程，然后定位于不同的区域、胚原基赋予这些区域特定的性状，由此最后决定发育成熟的有机体的组织结构和解剖结构。
　　有关反射、神经中枢和定位的传统理论，不仅从理论上看，而且从临床的观点看，都是非常重要的。神经系统被看成是为个别功能所设定的装置之总和。例如，脊髓节中枢对于个别反射的关系是如此；大脑神经中枢对于各个有意识的感觉－知觉区，对于个别肌肉群的随意运动，对于言语和其他更高级的精神活动的关系，也是如此。从而，动物的行为被分解为反射的总和或反射链。
　　遗传学把有机体看作是各种性状的聚集体，归根到底看作是生殖细胞中与各种性状相对应、各自独立地传递遗传信息和发生作用的基因的聚集体。
　　因而，自然选择理论把生物分解为复合的性状，某些性状是有利的，其余的是不利的。这些性状，更确切地说，与这些性状对应的基因，是独立地遗传的，从而能通过自然选择提供的机会，淘汰不利的性状，保存和积累有利的性状。
　　在生物学的每个领域中，同样在医学、心理学和社会学领域中，都可以看到同样的原则在起作用。然而，以上例子足以表明分析和累加的原则已在所有领域起指导作用。
　　对生物中个别的部分和过程进行分析是必要的，而且是更深入地认识生命的先决条件。然而，单采用分析方法还不是充分的。
　　生命现象，如新陈代谢，应激性，繁殖，发育等等，只能在处于空间与时间并表现为不同复杂程度的结构的自然物体中找到；我们称这些自然物体为“有机体”。每个有机体代表一个系统，我们用系统这个术语所指的是由处于共同相互作用状态中的诸要素所构成的一个复合体。
　　从这种显而易见的陈述中可以看出，分析和累加的概念必然有以下的局限性。第一，它不可能把生命现象完全分解为基本单位；因为每一个别部分和每一个别事件不仅取决于其自身的内在条件，而且不同程度地取决于整体的内在条件，或取决于该整体作为一个部分所从属的更高级单位的内在条件。因此，孤立部分的行为通常不同于它在整体联系中的行为。杜里舒实验中孤立的分裂球的行为，不同于它在完整胚胎中的行为。如果将细胞从有机体移植到适当的营养物中加以培养，由此生长成的组织的行为，不同于它们在有机体中的行为。脊髓孤立部分的反射，不同于这些部分在完整无损的神经系统中的行为。许多反射只能在孤立的脊髓中清楚地表现出来，而在完整无损的动物中，比较高级的神经中枢和大脑的影响明显地改变了这些反射。因此，生命的特征，是从物质和过程的组织中产生的。与这种组织相关联的系统的特征。因而，生命的特征随着整体的改变而改变，当整体遭到毁坏时，生命的特征就随之消失。
　　第二，现实的整体显示出一些为它的各孤立的组成部分所没有的性质。生命问题是组织问题。只要我们从整体组织中挑选出个别现象，那么我们就不能发现生命和非生命之间的任何根本区别。无疑，有机分子比无机分子复杂得多；但是，它们与死的化合物并无根本区别。甚至复杂的过程，如细胞呼吸和发酵过程，形态发生，神经活动等等，长期被人们看作是特殊的生命过程，在很大程度上能用物理－化学加以解释。其中许多过程，甚至可以用无生命模型进行模拟。可是，我们在生命系统中看到的各个部分和过程进行的奇异而特殊的有序活动，提出了一个根本性的新问题。即使我们有了构成细胞的所有化合物的知识，也还不能解释清楚生命现象。最简单的细胞已经是极其复杂的组织，目前人们只是模糊地认识到它的规律。人们通常提到“生命物质”。这个概念根本是一种谬见。在铅、水、植物纤维素都是物质的意义上，不存在“生命物质”，因为从中任取的部分显示出与其余的部分有相同的性质。而生命与个体化和组织化的系统是密切相关的，系统的毁坏，导致生命的终结。
　　对生命过程也可以作类似的思考。当我们考察活机体中发生的个别化学反应时，我们不能指出它们与无生命物体或腐尸中发生的化学反应之间任何根本区别。但是，与我们考察有机体或有机体的部分系统，例如细胞或器官内的化学反应过程的整体而不是单个过程时，可以发现生命过程与非中命过程的根本差别。例如，我们发现有机系统内所有组成部分和过程如此高度有序，以致使该系统能够保存、建造、恢复和增殖。这种有序性从根本上将活机体内的事件与非生命系统或尸体中发生的反应的区别开来。
　　有人对这种观点作了如下的生动描述：
　　“不稳定的物质发生分解；可燃物偶然发生燃烧；催化剂加速了缓慢的过程。这里不存在什么奇异的东西。连续地逐步边行的分解代谢并没有毁坏有机体，相反地，它间接地保持了有机体，使它成为一个有组织的过程。我们的组织虽不断发热却并不破坏这些组织的结构；因此，每种动物和植物像装有燃料而不停地作功的蒸汽机；事实上，呼吸不同于普通的氧化。如果不是腺体去掉对有机体有害的东西而保留有益的东西的话，那么，分泌也就成了普通的渗透现象。我们可以把植物和低等动物的运动容易地解释为对刺激的反应；不愿在动物王国内划分明显界线的人，最终也以这样的方式解释动物的这些自发运动；在他看来，这些自发运动是一些“脑反射”，这些反射确实非常复杂，但它与那些对外界刺激作出反应的简单反射并没有本质的区别。现在让我们作这样的设想：我们构造出一种死的反射装置。它必须充满潜在的能量；即使轻微的扰动也能触发强有力的运动；一种特殊的装置能用以不断地贮存潜能。我们要问，在何种意义上，这种机械装置与生物有根本的区别，对它的作用不同于刺激，它的运动不同于有机体的运动？事实上所有有机的反应都直接地或间接地有利于维持生存，或有利于产生所需要的形态。”（J．舒尔兹Schultz），1929年）。
　　这样，整体性和组织问题给分析和累加的描述与解释，设置了限度。那么，用什么方式能够对之作科学研究呢？
　　经典物理学（生物学采用了它的概念体系），在很大程度上具有累加的特征。在力学中，它把物体看作相互独立的分子的总和，例如在热理论中，它把气体看作是相互独立分子的一种混沌（Chaos）。事实上，“气体”这个词，是由16世纪物理学家范•荷尔蒙特（Van Helmont）提出的，它正是以无意识的符号表示“混沌”的意思。然而，在现代物理学中，整体性和组织的原理获得了迄今人们未料想到的意义。原子物理学处处遇到整体问题，这些整体不能分解为孤立的要素的行为。无论研究原子结构，还是研究化合物的结构式，或是晶体的空间点阵，总会出现组织问题。组织问题似乎成为现代物理学中最重要的和最引人注目的问题。由此看来，用分析和累加的观念看待生命是极不妥当的。无生命的晶体具有奇妙的结构，晶体结构在其形成的过程中，以其最快的速度做着数学物理学家的推理工作。但是，人们认为，将具有惊人性质的活原生质称为“胶质溶液”，则是对原生质作了解释。原子或晶体不是偶然的力作用的结果，而是组织的力作用的结果；但是典型的组织化事物——生命有机体却被解释为突变和选择的偶然性产物。
　　因此，生物学的任务是要确立控制生命过程的有序和组织的定律。而且，正如我们下面将会看到的，应当在生物组织的所有层次——物理－化学层次，细胞层次和多细胞有机体层次，乃至由许多个别有机体组成的群体层次上研究这些定律。
　　怎样解释生物组织呢？
　　一切知识始于感觉经验。因此，科学活动的最初倾向是要设计形象化的模型。例如，当科学得出结论，认为称作原子的基本单位是实在的基础时，它的最初概念是相似于小型台球的微小而坚固的物体。不久，人们认识到原子并不是如此，最终单位不是用形象化的模型所能定义的实体，而是只能用数学的抽象语言加以规定，使用像“物质”和“能量”，“微粒”和“波”这样的概念，仅仅表明它们的某些行为特征。当人类观察星星有规律的运动的景象时，他们首先寻找宇宙中巨大的机器，认为是这些机器的旋转使星星——亚里士多德想象的水晶般的球体——保持和谐的运动。直到天文学打破了这幅画面，人们才认识到，行星运动的秩序只是由于天体在空虚的太空中相互吸引而造成的。因此，结构是人类为解释自然过程的有序性而首先寻求的东西；至于从组织力方面来解释，则困难得多。
　　这也适用于对生命的解释。考察在细胞内或在有机体内为维持其自身生存而进行着的难以想象的大量过程，似乎只可能有一种解释。这种解释可以称为机器理论。它意指生命现象中的有序，可以用最广义的结构、机械论的术语进行解释。机器理论概念的例子，便是魏斯曼的胚胎发育理论（pp.56f），或传统的反射和神经中枢理论（PP.114f）；在生物学的每个领域里都可发现这种类型的解释。
　　活机体中确实呈现出大量的结构状态、器官生理学，例如营养器官、循环器官、分泌器官的生理学，感觉器官（作为接受刺激的感受器）的生理学，神经系统及其联系的生理学，等等。描述的正是我们在一个有机体中所看到的技术杰作，同样地，我们在每个细胞中，从作为收缩和传导兴奋的机构的肌肉和神经纤维，到具有分泌和分化功能的细胞器，到作为遗传结构单位的染色体等等，都可发现作为有序调节器的结构。
　　


然而，我们不能把结构看作生命活动有序性的主要基础，这有三个理由。
　　第一，我们在所有生命现象领域中发现有扰动后进行调整的可能性。杜里舒的看法是对的，他认为这样的调整，例如胚胎发育中的调整，不可能建立在“机器”的基础上。因为固定的结构只能对某些确定的事变作出反应，而不能恰当地对其他任何一种事变作出反应。
　　第二，机器结构与有机体结构之间有根本的区别。前者总是由同样的成分构成的，而后者则是在其自身构成物质不断分解和替换的连续流动状态中得以保存的。有机结构本身是一种有序过程的表现，它们只能在这种过程中，且通过这种过程才得以保存。因此，有机过程的基本有序性必须在这些过程本身中寻得，而不可能从先前确立的结构中找到。
　　第三，我们在个体发育中，同样也在系统发育中，发现从具有较少机械性的和较多可调整性的状态，到具有较多机械性的和较少可调整性的状态的转变。我门再以胚胎发育为例来说明这点：如果在两栖动物胚胎的早期阶段，将胚胎一块预期的表皮移植到未来脑的部位，它会变成脑的部分。可是在后期阶段，胚胎部位不可改变地限定形成某些器官。因此，一块预定的脑，即使被移位后，也会成为脑或派生物，例如在体腔中形成的眼。当然，在这里完全错放了位置。我们可以在极其多样的生命现象中，发现这类仅固定一种功能的现象。我们称这种现象力逐渐机械化。
　　我们由此得出以下结论。首先，有机过程是由整个系统中各种条件的相互作用决定的，由我们称为动态的有序决定的。这是以有机可调整性为基础的。其次，逐渐机械化发生的过程，即是原初整体的行为分化成受固定结构控制的、各自分离的行为。在细胞结构、胚胎发育、分泌、噬菌作用和再吸收、反射和神经中枢理论、本能行为、格式塔知觉等各个领域中，可以看到与结构的或机器式的有序相对立的动态的基本性质。有机体不是机器，但它们在一定程度上可以变为机器，凝固为机器。然而，完全机械化的有机体决不会在受扰动后完全不能进行调整，或不能对外界不断变化的状况作出反应。有机过程决不仅仅是各个结构上固定的过程的总和，而是不同程度上具有在动态系统内被决定的过程的特征，这赋予有机体对变化的环境的适应能力和受扰动后的调整能力。
　　将有机体与机器作比较，也产生了我们已提到的最后一个观点，我们称之为反应理论。反应理论把有机体看作一种自动机。正像自动售货机由于内部机制的作用，被投入硬币后会提供商品那样，有机体也通过一定的反射活动对感官的刺激作出反应，通过某些酶的产生对食物的吸收作出反应，等等。这样，有机体被看作是本质上被动的系统，仅仅受外界的影响即所谓刺激而开始活动。这种“刺激－反应图式”，尤其在动物行为理论中成为十分重要的图式。
　　可是，事实上即使在外界条件不变和没有外界刺激的情况下，有机体也并不是被动的系统，而是本质上主动的系统。很明显，在基本的生命现象中，新陈代谢，组成物质连续的合成和分解，是有机体固有的，而不是外界条件强加的。这种观点对于考察神经系统的活动、应激性和行为问题尤为重要。现代科学研究表明，我们必须把自主活动（例如表现为有节律的自动活动）而不是反射和反应活动，看作基本的生命现象。
　　因此，我们可以将机体论概念的要点概括如下：作为一个整体的系统概念———与分析和累加观点相对立；动态概念——与静态和机器理论相对立；有机体原本是主动的系统的概念——与有机体原本是反应的系统的概念相对立。
这些原理能使我们克服机械论概念与活力论概念之间的对抗。机械论和活力论都是以分析的、累加的和机器理论的原理为根据的。机械论并没有真正探讨生命的基本问题——有序、组织、整体性、自我调整。这些生命的基本问题是不能用分析的研究方法来解决的。试图用机器理论即依据先前存在的结构来解释生命的基本现象和问题，也遭到了失败。活力论是因这些未解决的问题而出现的。但是，它并没有推翻累加的和机器理论的概念。相反，活力论把活机体看作各个部分的总和及机器式结构的总和，设想它们是由一位有灵魂似的工程师在控制并补充其给养。因此，例如杜里舒把胚胎说成是细胞的“总和式的聚集体”，它靠隐得来希而变成整体。这样，活力论者的出发点不是一种无偏见的有机系统观点，而是从有机机器这种先入之见出发的。活力论者们认识到，这种概念是不能令人满意地说明有机体调整现象和有机机器起源的问题。为了拯救活力论，他们引进了修理受扰动后的机器或担当机器制造者的因素。人们已经认识到，对有机体有序和调整现象的解释只可能有两种：有序性或者是由机器式的固定结构造成的，或者是由某种活力因素造成的。这两者都是欠妥的。机械论观点在调整现象和“机器”起源的事实面前破产了；活力论则抛弃了科学的解释。
　　与机械论和活力论的概念相对立，出现了机体论概念。仅仅知道有机体的个别要素和过程，或者用机器式结构解释生命现象的有序性，都不足以理解生命现象。乞助隐得来希作为组织因素，更是于事无补。进行分析，不仅对于尽可能多地了解个别组分是必要的，而且对于了解把这些部分和部分过程联合起来的组织规律，同样是必要的，而这种组织规律正是生命现象的待证。这里有生物学基本的和特有的研究课题。这种生物有序性是独特的，它超出了那些适用于无生命界的规律，但我们能通过坚持不懈的研究逐步接近它。这要求在所有层次上进行研究，其中包括物理－化学单元、过程和系统的层次，细胞和多细胞有机体的生物学层次，生命的超个体单元层次。在每个层次上我们都能看到新的性质和新的规律。生物的有序在很大程度上具有动态的性质；我们将会在后面看到有关这个问题的说明。
　　对于生命自主性问题，机诫论的概念持否定态度，活力论以形而上学问题的标记保留其中，而在机体论概念看来这是能够加以科学研究的问题，实际上人们已对它进行了研究。
　　“整体性”这个术语长期以来被人们严重误用。在机体论概念里，它既不表示某种神秘的实体，也不是我们无知的避难所，而是我们能够并目必须用科学方法进行探讨的事实。
　　机体论概念并不是机械论观点和活力论观点之间的妥协。调和或中间道路。正如我们看到的，分析、累加和机器理论的概念一直是这两种传统观点的共同基础。组织性和整体性被视作是有序的原理，是有机系统固有的；是能够加以科学研究的，这包含着一种根本性的新见解。可是，机体论概念遇到了新观念通常遇到的事：起初它受到攻击和拒斥，后来宣称它是古老的和自明的。事实上，一旦人们了解了机体论概念，就知道这个概念只不过是从有机体是组织化系统这种明白的陈述中得出的结论，然而，为了达到这点，必须无偏见地探讨这个概念。甚至今天为了同许多领域中根深蒂固的思想习惯作斗争，这种探讨仍有必要。
　　有必要首先在作为生物学的研究方法和理论的意义上，然后在它的认识论意义上，对机体论概念加以考察。
　　实验室里的研究人员忙于研究特殊的问题和做具体的实验，对“一般的思考”抱怀疑和反感的态度。当然，具体问题不能靠方法论的思考和假设来解决，而只能通过对它的耐心研究来解决。但是，另一方面，基本的态度决定了研究者能够洞察到什么问题；决定了他如何构思问题，如何拟定他的实验步骤，如何选择研究方法，最后，决定了他对研究的现象提出什么样的解释和理论。事实上，按照流行的看法，理智胜过感觉。在这种意义上，经典生物学完成的工作和取得的成就以及它存在的缺点，无疑是由我们已指出的这些主要原理决定的。要了解这点，只需粗略地考察一下生物学的任一领域，甚至我们将在后面看到的医学和心理学领域就足够了。与此相似，机体论概念也是一种试图指明应当提出什么问题以及如何解决这些问题的作业看法（working attitude）。正是这种作业看法使人们有可能观察和处理生命现象的基本问题，并对这些问题作出解释；而用以前的概念根本观察不到生命现象的基本问题，即使观察到，也把这些问题看作不能加以科学研究的神秘事物。
　　我们的目的是要阐明生命现象的精确定律。按照生命现象的基本特征，这些定律必定在很大程度上具有系统规律的性质。从这个意义上说，机体论概念是生物学从自然史的阶段即描述有机体的形态和过程的阶段，转变到精密科学阶段的前提。看来，我们时代面临的任务，是要完成生物学中的“哥白尼革命”。“哥白尼革命”是在涉及无生命界的科学领域中发生的。正是这场革命，使亚里士多德的世界体系转变为近代物理学。
　　记住，我们将考察某些基本的生物学问题，看一看机体论概念是如何发挥作用的。以后我们将考察机体论概念的认识论结论。
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宇宙之心：这么精湛的文章，应该转到名家名言啊！