[转帖]從生命問題到機體論

王不留行

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從生命問題到機體論
《生命問題》書摘
2001, 10, 25　吳文成
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書摘之前
　　路德維希?馮?貝塔朗菲（ Ludeig von Bertalanffy，1901-1972 ）是現代著名的奧地利理論生物學家與一般系統論的創始人。他是一位學識淵博，充滿創造活力，富有良好哲學與文學素養的科學家，一生的科學論著將近三百種，此書《生命問題——現代生物學思想評價》便是其中的代表作之一，而他於一九六八年發表的重要著作《一般系統論——基礎、發展、應用》，則是在《生命問題》所提出的思想基礎上再進一步發展而寫成的。本篇文章雖然是《生命問題》的書摘，但是筆者省略了許多生物學方面的論述，包括組織層次、胚胎學與生物技術，而主要目的在把握：機體論在生物學與物理學當中的發展條件，所以，為了論述的流暢，本文改編了《生命問題》書中內容的若干順序。

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　　人們的任務不在於觀察更多尚未見到的東西，而是去思索人人可見卻無人深思過的事物
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　——叔本華
機械論與活力論之間的爭論
　　生命有機體，植物或動物，都在其組成的物質與能量的連續交換過程中保持自身，它能夠以活動的方式，尤其是以運動的方式，對外界的影響與刺激作出反應，其實在沒有任何外界刺激的情況下，有機體也經常顯示出運動與其他活動。就此而言，我們可以在無生命與有生命的東西之間作出明顯的區分：前者僅僅由於外力作用而發生運動，而後者能夠表現出「自發」的運動，並且經歷漸次的變態，我們稱之為生長、發育、衰老與死亡。這使得思想家尋求一個古老哲學問題的答案：生命界與非生命界之間，是否真正存在著一種內在的區別？
　　在海洋深處，海膽默默地生活著，遠離世界與科學的問題。然而這些寧靜的生物，卻引起了關於生命本質長期不分勝負的激烈爭論。海膽卵開始發育時，起初分裂為兩個細胞，然後分裂為四個、八個、十六個的細胞，最終分裂為許多細胞。如果我們將剛開始發育的海膽胚芽分離成兩半。通常人們會預料這半個胚芽只能發育成半個動物，但是事實上，實驗者卻看到了分離的每半個胚芽並沒有形成半個海膽幼體，而是形成了完整的海膽幼體，這個幼體確實是小了些，但它是正常的，完整的。
　　Hans Driesch（發育力學的創始人之一）認為，如果海膽胚芽中僅有物理力與化學力起作用，那麼最終導致有機體形成的機制，只能假定是受某種固定結構－－即最廣義的「機器」所控制的，才能得以解釋。但是，胚芽當中不可能有這樣一種機器，因為機器無論是被分離，還是它的部分錯位，或是當兩部完整的機器合併時，都不能完成如海膽幼體這樣的生成結果－－胚胎發育出現這種情況，不可能產生正常的完整有機體 。 因此，Hans Driesch 認為，對生命的物理－化學解釋，在這裡達到了它的極限，而這只可能有一種解釋：在胚胎當中，同樣在其他生命現象當中，有一種根本不同於所有物理－化學力的「具有自身內在目的」因素在起作用。
　　從 Hans Driesch 的看法，我們發現了兩種基本與對立的生物學概念，這兩種概念的起源可以追溯到希臘哲學的初始時期，通常人們稱之為「機械論」與「活力論」。「機械論」認為在生物當中，只是那些存在於無生命界的力與定律，在起著複雜的作用，並且我們慣以「生命的機器理論」，從結構條件方面來解釋細胞與有機體當中，發展過程所有的活動程序。而「活力論」則否認完全用物理－化學解釋生命的可能性，堅持生命與非生命之間有著本質的區別，極端的活力論者則走向「創造論」，認為任何的生命，甚至是任何事物背後都有一個神格的創造者。總之，活力論談論的是超出自然科學範圍之外的生命本質問題。
　　「機械論」與「活力論」之間的爭論，猶如一盤進行了近兩千年的棋賽，雖然這些論點不停的改頭換面並以五花八門的形式出現，但是爭論中總是重複出現實質相同的論點。終於，它們在人類的精神領域裡表現為兩種對立的傾向，一種傾向是，將生命服從於科學解釋與科學定律；另一種傾向是，用我們自身精神的經驗作為生命本質的標準，用這種經驗，填補我們科學知識中推測的或實際的缺口。但是到了近五十年的發展，現代生物學並不贊同「機械論」與「活力論」這兩種傳統觀點，而是確認一種新的與超越這兩者的第三種觀點，我們稱做為「機體論」（Organismic Conception）概念。
化約主義、機器理論與反應理論
　　從中世紀到近代，生物學研究與生物學思想主要是由三種觀念所主導的，這三種主要觀念可以稱為「分析與累加的概念」，「機器理論」的概念與「反應理論」的概念。
　　我們習慣把在生命界所遇見的複雜實體與過程，分解為基本的單位，並組合或累加這些基本單位來解釋它們，這似乎是生物學研究的目的。經典物理學的方法論提供了這種研究模式，因此，化學把物體分解為分子與原子，物理學把摧毀樹木的風暴看作是空氣粒子運動的總和，把物體的熱看作是分子動能的總和。生物學的所有領域也應用此種程序，例如，生物化學研究生物體的個別化學成分與生物體內進行的化學過程，用這種方法確定細胞與有機體中的化合物與其反應活動，而傳統的細胞理論認為細胞是生命的基本單位，好比認為原子是化合物的基本單位。我們稱這種概念為「分析與累加的概念」，或者是「化約主義」。
　　科學活動的最初傾向是要設計形象化的模型，因此，結構是人類為了解釋自然過程的有序性而首先尋求的東西。這也適用於對生命的解釋，這種概念可以稱為「機器理論」，它意指生命現象中的有序，可以用最廣義的結構、機械論的術語進行解釋。將有機體與機器作比較，也產生了我們所提到的最後一個概念，我們稱之為「反應理論」，反應理論把有機體看作一種自動機，就像自動售賣機一樣，投入硬幣後才會提供商品，這樣的有機體被看作是被動的系統，僅僅受外界的影響與刺激才開始活動，這種「刺激－反應模式」尤其在動物行為理論中成為十分重要的觀點。
　　但是，「分析與累加的概念」必然有以下的侷限性。第一，不可能把生命現象完全分解為基本單位，因為每一個別部分與每一個別事件不僅取決於其自身的內在條件，而且不同程度地取決於整體的內在條件，或取決於該整體作為一個部分所從屬的更高級單位的內在條件。因此，孤立部分的行為通常不同於它在整體聯繫中的行為。第二，現實的整體顯示出一些其組成部分所沒有的性質，這便是我們所謂的「整體大於其部分之總和」。
　　我們也不能以「機器理論」來看待生命活動的有序性。因為機器結構與有機體結構之間有根本的區別，前者總是由同樣而固定的成分所構成，而後者則是在其自身構成物質，不斷地分解與替換的連續流動狀態中得以保存的。所以，有機過程的有序性必須在其過程本身中尋得，其過程是動態的，而不可能從先前確立的結構中找到。  

王不留行

記得叔本華否定希臘悲劇，認為它沒有達到悲劇的理想，裡面一些男女主角，並沒有像叔本華喜愛的理論所要求的那樣深刻。但是，面對希臘悲劇裡的阿特拉斯，不動的身影，負荷的姿態，卻給我心裡極大的波瀾，或許那不是一顆偉大的心靈
，或許那也不意味著他的崇高意志，可是對我而言，它卻聯繫著：受罰與人們命運之間的關聯性——在執著與虛無之間的永恆拉扯。

　　懲罰並不可怕，就算那是人們因著自以為是而受的懲罰。但是可怕的是，在懲罰之中，人們的心不是日漸安息的，而是堆積著憎恨與埋怨在自己的肩上，直到無法諒解與接受這個世界，終至陷入無法自拔的深淵。
　　悲劇並不可怕，就算那是卡繆筆下的西西弗斯，命運註定反覆推石，無以復加的悲劇。但是可怕的是，在悲劇之中人們找不到一塊立身之地，人們無法挺直腰桿向著天際說：我不逃避自身的命運，反而我要迎向它。
　　我們可以這樣改寫阿特拉斯的故事：他原是地球上稱霸一方的國王，他或許自大自傲，但是卻深愛他的子民與妻兒。有一次他冒犯諸神，所以與天神宙斯大戰，後來卻因為戰敗而被懲罰以雙肩扛著地球。日子黑白交替地一天天過去了，雖然是身扛負荷而受罰，但是他仍然以為自己是一個英雄，地球因為他的扛舉而得以運轉，地球上他的子民也得以安居樂業。地球
雖然沉重，他卻在沉重之中感覺到自己存在的意義，那就是他的命運、他的使命與他所關愛的人們緊密聯繫在一起……
　　阿特拉斯一直不忍換肩扛舉，直到有一天，在疲累之際，在偶而換肩之際，球體的懸浮使得他的一滴淚從虛渺飄向無限遠，原來地球可以自己運行，地球根本不需要有人扛舉。原本，有意義的關於重的負荷，變成了荒謬的關於輕的殘忍。阿特拉斯的那滴淚繼續飄向虛無。他可以放下肩擔，但是因著一份牽繫，他卻未改變自己的腳步，也並未改變他曾經充滿意義的扛舉力道——他牽繫著地球上，他的子民仍在，他深愛的人們仍在，即使扛舉是虛無，他卻不能在這個虛無中消失，即使他化成了石像，眼神模糊，他依舊永不卸下肩膀上的天庭。
　　這個改寫，並不是告訴人們「悲苦」的可怖，而是在表達：「重與輕」的交替之間，始終存在著一個機會，而這個機會能夠使一個人成為真真實實的個人，這樣的個人接受並超越自己的命運。我們在痛苦、絕望，或者是對於生命有激烈的嫌惡之時，只要有一瞬間，對於那麼難於忍受的存在意義問題，有個肯定的答案，那麼你就會發現完全不同的東西，那是達到更高人性的醒悟。
　　
　http://aa.nctu.edu.tw/~sinner/essay/part_3/atlas/index.html　

王不留行

系統思想的發展與內容
http://alumni.nctu.edu.tw/~sinner/science/part_1/system/page2.htm

王不留行

現代物理學的第三個基本變化，在於把剛性的結構解析為動態。經典物理學把原子看作如撞球的固體，但是根據現代物理學的看法，它們是微小的行星般運動的系統，其中原子核像中心的太陽，它由帶正電荷的粒子和無電荷的粒子所組成，負電子圍繞它運行。同時，物質表現為過程，表現是動態的；質量與力的對立，物質與能量的對立，在日常生活與經典物理學中是明白無疑的，但在微觀物理學層次上則消失了，電子不是微型的剛體，而是能量的集中，物質波或波包，而且在某些條件下，基本物理單位表現為粒子，而在另一些條件下卻表現為波動或波。根據玻爾的互補原理，相互對立的粒子與波形式，卻又是關於物理實在中互相補充的概念。
　　整體、組織、動態——這些概念，可以說是現代物理學世界觀與機械論物理學世界觀相對立的特徵。正如我們先前所提到的，生物學領域也有這樣的趨勢，我們要特別談的是生物學裡動態的概念，當我們比較無生命和有生命對象時，我們可以發現兩者之間的顯著差別。例如，晶體由無變比的組分構造成的；它們可保持幾百萬年，然而，活機體只是外觀上持續存在與穩定不變，實際上，它是物質與能量不斷流動的表現。新陳代謝是所有活機體的特徵，新陳代謝的結果，使得活機體的組成從某一瞬間到另一瞬間是不相同的，活的形態不是存在，而是發生。我們在生物組織的所有層次上發現了這種連續的變化，細胞內構成它的化學成分不斷發生破壞，在這個過程中，細胞仍作為一個整體而持續存在，這種有機體的動態概念可以看作是現代生物學最重要的原理之一。機體論概念試圖將科學意義賦予整體性概念。我們同樣可以醫學與心理學中看到這種共同的趨勢。
物理學與生物學的界線
　　不過，這裡有個問題需要釐清：生物學是否最終可以還原為物理學定律，並且納入物理學的範疇？生物學，就其是一門描述性科學而言，與物理學的明顯差別是自主性問題，這種差別總是存在的，因為生物學的研究對象有其獨特性。分類學、解剖學、形態學、胚胎學、生物地理學、古生物學、生態學、系統發育，不會成為物理學的分枝，即使在遙遠的將來也是如此。這不是因為生物學定律是否反映自主性的問題——這個問題與這些領域無關——而是出於這樣一個簡單的理由：生命世界中的形態與現象的數量之多是非生命世界中的形態與現象無可比較的。數字與量度支配著數學與物理學的領域，在生物學中定量定律的陳述也是一項重要的工作，但是許多最基本的生物學問題不是量的問題，而是「模式」、
「位置」、「形狀」的問題。例如，在有機體的等級秩序中，重要的不是量的問題，而是低層次與高層次的關係、集中化等等問題；在形態發生活動中，重要的問題既不是細胞數目，也不是形成物的數量與質量的關係，而是它們相對位置的變化。生物學是否最終可以還原為物理學定律，並且納入物理學的範疇？在這裡答案是否定的。
一般系統論
　　現代科學的各個領域，浮現出一個迄今未被料想到的世界概念的統一遠景。無論我們研究無生命事物、有機體、精神現象還是社會過程，處處都已逐漸形成了類似的一般原理。那麼，這些原理相類似的根源是什麼呢？對於這個問題的回答，我們訴諸於一個科學的新領域，我們稱之為「一般系統論」，這是一個邏輯－數學的領域，它的主題內容是表述與推導對於各種系統普遍適用的那些原理。
「系統」可以被定義為處於相互作用過程中諸要素的綜合體，不論系統組成要素的性質與要素之間的關係是什麼，總是存在著對於諸系統都適用的一般原理，從此，我們可以探求不同領域中定律結構的一致性或「邏輯相應性」。
　　從邏輯－數學的觀點看，一般系統論的地位相似於機率論的地位，機率論本身是純粹形式化的，但是它可以應用於完全不同的領域，例如熱理論、生物學、實用統計學等等。在哲學中，一般系統論可以用一般原理的精確系統來取代所謂的「本體論」或「範疇論」學說，試圖能以數學形式表述的前題下，闡明知識與實在的那些真正特徵。在這個意義上，一般系統論可以被認為是通向萊布尼茲（
Gottfried Wilhelm Leibniz，1646-1716 ）夢寐以求的通用數學－－包含各種科學在內之綜合的語義系統的一個步驟。在現代科學中，動態的相互作用是所有領域的基本問題，它的基本原理必將在一般系統論中得到表述。
最後一個問題
　　還有最後一個問題，我們必須作出回答。在純科學的層次，我們用機體論概念描述了生物學，我們主張，生命現象是可以用精確的定律說明的，雖然我們也許離這個目標的實現還很遠。同時，我們強調必須否認任何活力因素在「可觀察到」的事物中的干預。於是，就發生了這樣的問題：這是否意味著一種蒼白慘淡的唯物主義，一種無靈魂和無神的自然界？
　　關於這個問題，我們先來看看物理學的回答。物理學已成為一種世界觀，它使人們可能領悟從量子領域中小得難以想像的單位，與那些大得難以想像的星系的實在。我們之所以能用物理學理論在概念上把握自然界，用技術在實踐上控制自然界，是因為我們用邏輯與數學關係之網——我們稱之為自然定律——把握了自然現象。這種自然定律的構造達到了前所未有的普遍性和客觀性，這是現代物理學的勝利。人們已有可能運用這些定律達到對自然界的技術控制，這種常見的事實表明，這些定律在很大程度上與實在相符。然而，與這些成就隨之而來的是某種退讓，因為現在物理學已經認識到，它的任務是在形式關係的系統內描述現象，它不再期望把握實在的核心。物理學家並不回答電子實際上「是」什麼的問題，他所具有最透徹的洞見，只能陳述稱為「電子」的這種實體所特有的規律。同樣地，也不能指望生物學家解答，生命就其「內在本質」而言可能是什麼的問題，即使生物學家具有先進的知識，他也只能盡其所能地陳述：我們所面對的，表象上與可觀察領域的活機體現象的規律。

王不留行

對於「反應理論」，事實上，即使在外界條件不變或沒有外界刺激的情況，有機體也並不是被動的系統，而是在本質上主動的系統。很明顯，在基本的生命現象中，新陳代謝、組成物質連續的合成與分解，是有機體固有的，而不是外界條件強加的，這種觀點對於考察神經系統的活動尤為重要。
另一種世界觀－－機體論的概念
　　作為反對這三種概念的基礎，我們可以將「機體論」概念的要點概括如下：作為一個整體系統的概念——與分析與累加觀點相對立；作為一個動態的概念——與靜態的機器理論相對立；作為一個主動系統的概念——與被動式的「刺激－反應模式」概念相對立。機械論與活力論都是以分析的、累加的與機器理論的原理為根據，機械論並沒有真正地探討生命的基本問題——有序、組織、整體性、自我調整，而活力論則在本質上拋棄了科學的解釋。機體論的概念，它既不表示某種神秘的實體，也不是我們無知的避難所，而是我們必須以新的科學觀點與新的科學方法論來進行研究。
　　如果我們通觀現代科學的各個領域，可以看到在各個完全不同的領域中出現了相似的概念和原理，這些觀念是各個領域獨立發展的結果，而且個別領域的學者在最初幾乎沒意識到這種共同的趨勢。科學的所有領域中都出現了整體原理、組織原理與實在的動態概念原理。另一個重要的發現是，與經典物理學的連續性概念相反，基本事件具有非連續的性質，按照量子理論，實在的最終單位是非連續的，並且是不可再分的。生物學中與其相似的是突變論，按照突變論，進化不是以連續轉變的方式，而是以非連續的跳躍方式進行的。也許，我們可以加上生理學中的全－無定律，這個定律也差不多是在同一時期提出的，按照這個原理，生理活動，比如肌肉或感覺器官的活動，不是連續地增強的，而是以跳躍的方式增強的，因為隨著刺激強度的增加，其中的每一個組成份子必須達到其功能的最大值時才能發生作用。
進化：偶然性和規律
　　在這裡，我們試圖多談談進化的問題。進化本身是一個偶然的，只受外界因素引導的過程嗎？還是說，進化是由存在於有機體自身的諸規律所決定的？進化論領域中似乎也存在著先前提到的兩種對立觀點，一種是機械論的觀點，它把生命當作無目的與偶然的東西，因為似乎只有這種無目的性與偶然性才是真正科學理論的基礎，另一種是活力論的觀點，好像唯一的抉擇就是假定生命活動中存在著科學上所無法把握的神秘因素。是否如同其他生物學領域一樣，進化論也有第三種觀點呢？
　　建立在大量證據基礎的進化論指出，動物和植物王國的發展，是經過漫長的地質年代，從比較簡單與原始的形態發展到比較複雜與高度組織化的形態。遺傳學的經驗使我們接受這樣的事實：生物是通過梯度式的突變途徑而發生進化的，但是，無論在今天的生物界，還是在過去地質年代的生物界，我們都沒有發現連續轉變的證據。實際上，我們發現的是分隔的與有明顯區分的物種，即使知道了中間環節，諸如爬行動物與鳥類的中間環節始祖鳥，或是環節動物與用氣管呼吸的節肢動物的中間環節梯蠶屬，那麼這些形態也是稀少的，或是只限於相當短的時期內出現。例如，始祖鳥，只有兩個標本，與之相比，在索倫霍芬的板岩中發現的爬行動物化石標本有幾千個。因此，有的古生物學家認為，進化不是一個連續的過程而表現為階段性的過程。
　　如果我們試圖作樸素而無偏見的思考，會發現自然界並不像一個精打細算的商人，她倒是像一位富於奇想的藝術家，一會兒創作出充滿幻想的作品，一會兒又浪漫地自嘲，毀壞其作品。創造物的豐富性與有趣性好像大多表現在同一級組織層次上的形態「橫向」多樣性。進化看來不僅僅是由利益與效用所支配的偶然性產物，生命的歷史也似乎並非是隨機變化的累積結果，而是受規律支配的，但是這並不意味著有神秘而神格的控制因素，而是存在我們目前在某種程度上知道的，並且有希望在將來知道得更多的規律。自然界是一位富有創造力的藝術家；但藝術不是偶然的或任意的東西，而是偉大規律的實現，這樣的規律或許超越了機械論與活力論的範疇。
當代物理學的革命
　　當代物理學也出現了機體論的概念，或者說是整體（系統）層次的新發現。經典物理學試圖把所有自然過程分解為原子的活動，分解為按照力學定律在空間運動的微粒，機械論物理學的第一準則就是要把物理過程分解為可分離的局部事件。世界是受嚴格的物理學定律支配的，這些物理學定律遵循無情的因果法則；古典科學的最終目標是將所有現象，包括生命和精神的現象，分解成原子的盲目活動，而不給任何有目的性的東西留下餘地：這是構思世界的基礎。這種觀念在十九世紀發展到了頂點，人們稱之為「唯物決定論」，它是拉普拉斯精神的理想極致，拉普拉斯（ Pierre-Simon Laplace，1749-1827）設想，只要掌握了所有的物理學定律，就能夠從某一瞬間原子的位置和速度，推測出整個宇宙在過去和未來的任何時間中的狀態。但是，新近科學發生的根本變化之一，就是揭示了物理學不能再掌握絕對精確的自然定律，而被迫默認統計定律，向「非決定論」靠攏。
　　按照海森堡（ Werner Karl Heisenberg，1901-1976）的測不準原理，不可能同時確定電子的位置和動量，要確定電子的位置，必須用光子照亮電子，但是這意味著光量子擊中電子將會引起電子動量的變化，因此，位置確定得越是精確，動量則越是不能精確地測得，反之亦然。由此，我們只能對宏觀物理事件作出一般性的預言，因為在這樣的事件中，統計性的漲落被拉平了，但是，就微觀物理事件而言，我們只能得出統計性的概率。現代物理學看來必須要有整體性概念，我們得出以下的結論：第一，嚴格的決定論在微觀物理學領域是不可能成立的，因為測不準關係給所有測量設置了不可克服的限制。第二，根據海森堡的看法，就物理學微觀事件而言，測量儀器原則上不能與被測量的實體分開。這樣，在微觀物理學中出現了整體原理，而整體原理在微觀物理學中比在宏觀物理學層次上具有更基本的意義。
　　同時，在現代物理學中出現了組織原理。經典熱力學的兩個原理只適用於封閉系統——該系統與外界交換能量，但不交換物質，僅適用於非常特殊的系統。熱力學雖然令人讚美，卻是一個不完整的理論，因為它只適用於封閉系統的平衡態。因此必須建立更廣泛的理論，這個理論既包括非平衡態，也包括平衡態。一九四七年，開放系統的「耗散理論」開闢了物理學的嶄新領域，比利時的著名科學家 Prigogine（ llya Prigogine，1917-2003）對於不可逆過程與開放系統的熱力學研究，應被看作是生物學、化學與物理學三個共同領域中最重要的成就之一。封閉系統中事件的趨向是由熵的增加決定的，而開放系統中的不可逆過程不能用熵或別的熱力學潛能來表示；開放系統所接近的穩態是用最小熵所產生的近似值來定義的，因此在開放系統向穩態轉變的過程中，可以出現熵的減少，並且自發地出現向更高不均勻性和複雜性狀態的轉變。複雜性和有序性的增加可能有著根本的意義，或者說，複雜性和有序性的增加是生命發展和進化的特徵。正如同「耗散理論」揭開了物理學的新篇章，「耗散理論」也揭開了生物學的新篇章，從物理學觀點看，我們發現活機體的特徵狀態，可以用這樣的陳述來加以定義：就其周圍環境而言，它不是一個封閉系統，而是一個開放系統，這個開放系統不停地將物質排出給外界，又從外界吸收物質，但是在這種連續的交換中，它以穩態方式維持其自身，或是在它的歷時變化中接近於這樣的穩態。  

http://alumni.nctu.edu.tw/~sinner/science/part_1/organismic/page2.htm