什麼是科學？生物學在科學中佔有什麼地位？什麼是生物學的概念結構？人們必須首先自己回答這些問題才能設法去理解生物學歷史中的任何一個特殊概念或問題的發展演變。對所有的這三個問題有些人曾作出全然令人誤解的回答，特別是一些哲學家和非生物學者。這就嚴重妨礙了對生物學思想發展史的瞭解。我在本章中的第一個任務就是力圖正確地回答這些基本問題。這將為研究特殊概念的歷史發展奠定牢固的基礎。
2．1 科學的本質
自從遠古以來人們就提出關於世界的起源、意義和目的的問題。對這些問題的試探性回答可以在表徵每種文化，甚至最原始文化的神話中找到。自此以後就沿著十分不同的兩個方向前進。一個方向是人們的思想觀念定形於宗教之中，表現為通常以（上）天啟（示）為基礎的—套教條。例如西方世界在中世紀末葉就完全被對聖經教旨的堅定信仰所支配，在西方世界以外是由對超自然力量的普遍信奉所把持。
哲學，隨後是科學，則是人們對待世界的奧秘的另一方式，雖然科學在其早期的歷史上和宗教並不能嚴格地劃分。科學用疑問、懷疑、好奇和尋求解釋的努力來對待這些奧秘，因此它所採取的態度和宗教返然不同。蘇格拉底以前（愛奧尼亞時代）的哲學家們按可觀察到的自然力（如火、水、空氣）對這些奧秘尋求「自然」的解釋，從而為這一不同的方式開拓了途徑（參閱第三章 ）。這種力求瞭解自然現象的原因的努力就是科學的發端。羅馬帝國衰亡之後的幾個世紀，這種傳統實際上已被淡忘，在中世紀後期的科學革命時才重新復甦。神的真理不僅顯示在聖經中而且也表現幹上帝的創造之中的這一信念也得到了發展。
伽利略對這種見解的說明是眾所周知的：「我認為在討論自然界的現象時不應當從聖經的權威地位出發，而應當從明智有理性的實驗和必要的演示開始。因為無論是聖經還是自然界都同樣地是出自神旨。」他接著還說，「在自然界的行動中和在聖經的神聖詞藻中，上帝同樣值得讚美地將自己啟示給我們。」伽利略認為，借助於永恆法則治理凡世的神靈最低限度和始終干預事態進展的神靈能一樣地啟發信念和信仰。正是這種思想促成了我們現在所理解的科學的誕生。對伽利略來說，科學與宗教並不是兩不相容的，而是宗教的不可分割的一部分。同樣，17世紀到19世紀的一些著名哲學家——例如康德——都把上帝引進到他們的哲學解說格式中。所謂的自然神學，不管它的名稱如何，實際是科學與神學參半的混合體。科學和神學發生衝突是後來的事，是在科學運用「自然規律（法則）」解釋了越來越多的自然現象和自然過程時才發生的，在此之前這些現象和過程只有經由造物主或神授的特殊法則的干預才能得到解釋。
宗教和科學的根本區別是，宗教一般都有一套教條（多半是「天啟」教條），對這些教條沒有任何其它可供選擇或通融解釋的餘地。反之，科學則實際鼓勵有可供選擇的其它解釋並樂於用一個學說來取代另一個學說。發現一個可供選擇的解釋方案往往是興高采烈洋洋得意的根源。科學思想（觀念）之是否完善只在很少程度上由科學以外的標準來評價，因為它在總體上完全是由對問題或現象作出解釋（有時還有預測）的效能來鑒定。
奇怪的是，科學家們對科學究竟是怎麼一回事總是有點說不清楚。在經驗主義和歸納法盛行的時代，科學的目的最經常地被描述為搜集新知識。與此相反，當人們閱讀科學哲學家的著作時得到的印象是，就這些哲學家來說，科學是方法學。雖然從沒有人會懷疑方法的重要性，然而某些科學哲學家幾乎完全專注於方法則使注意力偏離了科學的更基本目的，那就是增進我們對我們所生活的世界以及我們本身的瞭解。
科學有很多目的。Ayala（1968）是這樣表述的：（l）科學企圖把知識組織成為系統的知識，力求發現現象和過程之間的關係格式（patterns of relationship）．（2）科學力圖為事態的出現提供說明。（3）科學提出的解釋性假說必須是可以檢驗的，也就是說這些假說是可以被拋棄的。更概括地說，科學試圖將自然界極其多樣的現象和過程包羅在數量很少的解釋性原則之中去。
發現新事實還是發展新概念
在一般人的心目中發現就是科學的標誌。新事實的發現一般是容易報導的，因而新聞媒介也以新發現為依據來看待科學。諾貝爾當年提出諾貝爾獎條件時，他想到的完全是按照新發現，特別是有益於人類的新發現。然而把科學僅僅看作是搜集事實則是很大的誤解。在生物科學中，絕大多數的重要進展是由引入新概念或改善現存的概念而取得的；這一點可能對進化生物學校之對功能生物學來說更為真切。通過概念的改善比經由新事實的發現能更有效地推進我們對世界的瞭解，雖然這兩者並不是互相排斥的。
讓我舉一兩個例子來說明。1：3這個比率在孟德爾之前被植物育種人員發現過許多次，甚至達爾文在他的植物育種試驗中也曾很多次發現這一比率。然而所有這些都毫無價值。直到孟德爾引進了適當的概念並等到魏斯曼引入了補充概念之後才使得孟德爾的分離現象具有更大意義。與此相仿，現在已由自然選擇學說所解釋的現象早在達爾文以前就是人們所熟知的，但並不被人瞭解，直到引進種群含有獨特個體的概念後自然選擇才具有強大的說服力。種群思想和地理變異的概念聯同隔離概念依次成為地理性物種形成學說發展的先決條件。對生殖隔離是物種形成過程中的關鍵組成部分的認識直到隔離機制這一概念得到澄清後才完成。只要把地理障礙仍然包含在隔離機制之中(Dobzhansky)仍然如此，（1937），隔離機制的真正作用就沒有被理解。
無論是在進化生物學還是系統學中幾乎都可以任意列出一些進展的例子並證明它們主要是依靠引進了改進過的概念的結果而不是依賴於新發現。科學史家早已認識到這一點，然而遺憾的是在非生物學家中很少人瞭解這種情況。的確，發現是科學進步的一個必要組成部分，而且生物學中當前的一些薄弱環節也主要是由於缺乏某些基本事實所造成的。例如生命起源問題，中樞神經系統時組織結構問題。但是，由新概念或者經過或多或少徹底改變了的舊概念所作的貢獻也和新事實及其發現的貢獻同等重要，有時還更重要。在進化生物學中，像進化、共同起源、地理性物種形成、隔離機制或自然選擇等概念已經使生物學中以前亂成一團的領域發生了激劇的轉向，促進了新學說的形成和數不盡的研究工作的出現。那些堅持認為科學的進展主要在於科學概念的進步的人們並沒有錯。
當然，概念的運用並不限於科學，因為在藝術、歷史（以及人文科學的其它領域）、哲學和人類的任何思想活動中都有其本身的概念。那麼，除了運用概念而外，用什麼標準來劃分科學和上述人類的其它成就呢？對這個問題的回答並不是想像的那樣簡單，就正像常被引用的問題：社會科學在多大程度上是科學？可以試試看地提出以下幾方面來說明科學的特點，即方法論上的嚴密性；檢驗或反證其結論的可能性，建立不相矛盾的學說體系（Paradigms）的可能性。方法雖然並不是科學的全部，卻是它的重要方面，特別是由於在科學的不同學科中，方法也不盡相同。
2．2 科學的方法
希臘人對大量的現象總是尋求合（乎）理（性）的解釋。例如希波克拉底學派在探索疾病的原因時並不是從神靈的影響中去尋找病源，而是歸之干諸如氣候，營養等等自然原因。同樣，愛奧尼亞的哲學家們對有生界及無生界的現象也試圖作出合理的解釋。亞里斯多德這位舉世公認的科學方法論的創始人在其《分析後篇》（Posterioranalytics）一文中非常出色地談到應當怎樣對事物作出科學的解釋，它的影響幾乎一直延續到19世紀，正如Laudan（1977：13）不無偏激地指出：「科學哲學家們大多仍然囿於亞里斯多德及其註釋者所提出的方法論。」包括亞里斯多德在內的希臘哲學家主要都是唯理論者（rationalist，或理性主義者）。他們（Empedocles是典型例子）認為只需通過準確清晰的推理，包括我們現在一般所說的演繹法，就能解決科學問題。這些古代醫生和哲學家在對事態的解釋上所取得的不容置疑的成就導致了過份高估純理性方法的作用，笛卡爾在這方面達到了頂峰。雖然他也作過一些實驗研究（例如解剖），但是這位哲學家的許多著作令人讀後覺得好像他認為任何事情只需經過專注的思考就都能解決。
接踵而來的歸納法論者及實驗主義者對笛卡爾主義的責難，非常清楚地表明在科學中方法被認為是很重要的。這在今天也正和在17世紀時一樣是完全正確的。遺憾的是還有很多哲學家一直到19世紀仍然相信只要通過推理或哲學化（philosophizing）就能解開宇宙之謎。當他們的結論和科學的發現互相衝突時，他們之中的某些人則堅持自己是正確的，科學是錯誤的。就是這種態度惹得Helmholtz對哲學家的專橫強烈不滿。哲學家們對自然選擇學說、相對論、量子力學的反應說明他們的這種態度並沒有完全轉變。
笛卡爾要求只提出像數學證明那樣毫無疑問的結論和學說。雖然不斷地有人反對，但是直到現在認為一位科學家對他的發現和學說必須提供絕對證明的意見仍然很普遍。這種看法不僅支配了物理科學界（在物理科學中具有數學證明性質的證明常常是可能做到的）而且也左右了生物科學，即便在生物科學中有些推論往往毫無爭論餘地因而可以當作是證明，例如血液循環運行或某種毛蟲是特種蝴蝶的幼蟲期；對地球各個角落的最詳盡探察沒有發現恐龍這一事實可以被認為是恐龍已經滅絕的證明。我在上面一指出了一些事實並表明符合事實的肯定性論斷一般究竟能否可以作出。但是在多數情況下，或許就生物學家所作出的大多數結論來說，就不可能提供如此確鑿無疑的證明（Hume，1738）。我們怎樣能「證明」自然選擇是支配有機體進化的定向因素？
物理學家最終也認識到他們並不能總是提出絕對證明（Lakatos，1976），而且科學的新學說也不再需要絕對證明。科學家現在已滿足於將下述情況看作是真實可靠的：即在現有證據的基礎上看來可能性最大的事態，或者與更多的事實或更令人信服的事實相一致（而不是與相互競爭的學說相一致）的事態。由於認識到對很多科學結論不可能提出絕對證明，於是哲學家卡爾·波普爾（Karl Popper）建議用反證性（falsifiability）來檢驗這些結論的正確性。這樣一來引起爭議的責任就轉移到科學學說反對者的一方。按這種辦法凡是能經受住最大多數和各式各樣企圖否定它的那種學說，就會被人們接受。波普爾的這一建議還能十分乾淨利落地劃清科學與非科學的界限：凡是理論上不能被反證的主張就不是科學。因此，仙女座上有人類存在的主張就不是一個科學的假說。
然而有時提供反證和提供正面的證據同樣困難。因此不能認為反證是獲取科學可接受性（scientific acceptability）的唯一手段。正如科學史所反映的那樣，一些科學學說之被否定往往並不是由於被徹底地駁倒；而是由於新的學說看來似乎更可能，更簡單，或者格調更高。此外，有些被否定了的學說往往被一小批信徒緊緊抱住不放而不顧別人的有力批駁。
奠基於對科學結論作概率解釋的科學新學說，使得把真理或證明看作是某種絕對的東西的觀點站不住腳。這一點對於生物學。的某些部門較之其它部門更顯得重要。每一位進化論學者在和一般外行談論時常被問及：「進化論是不是已被證明？」或者「你怎樣去證明人是由猴子變的？」因而他就不得不首先來討論「科學證明」的性質。
實際工作的科學家則與之不同，他永遠是講求實用的。他總是對某個學說感到心滿意足直到提出了新的更好的學說為止。難於解釋的因素就被看作是黑箱（黑匣子），就像達爾文對待遺傳變異性的來源（這是他的自然選擇學說的一個重要組成部分）那樣。一個科學家過去或現在從來也不會因為自己的很多概括僅僅是概率性的而且在許多自然過程中都具有極高的隨機成分而過份苦惱。承認科學學說具有很大的伸縮性，科學家就會樂於檢驗各種學說，將不同學說的組成要素結合起來，有時甚至還會同時考慮幾個備選學說（複式工作假說，multiple working hypotheses），在尋求證據時他就可以有所選擇（Chamberlin，1890）。然而也不應當有所隱諱的是，科學家的開通豁達也並不是沒有限度的。當科學學說，對於流行的理智背景來說是「新奇的」或完全不同時，它們就會被忽視或被壓制。我們在後面還將介紹，這種情況確實存在，例如突現論概念（Concept Of emergentism）和等級結構的層次性（levelspecific pronerties ofhierarchies）就是如此。
值得注意的是，達爾文的看法和現代的學說完全一致。他認識到他絕不可能按數學證明那樣的確定性來闡釋進化結果。他在《物種起源。中大約二十幾個不同的地方提到；「這一特殊發現——不論是分佈格局還是解剖結構——是用特創論還是由進化機會主義來解釋更容易？」。他一直堅持後者更有可能。達爾文早已預見到了現代科學哲學的許多重要原則。雖然科學家們現在已普遍對科學真理採取概率（論）解釋——事實上為絕大多數科學結論提出數學證明那種確定性的解釋也完全不可能——但是這種新見解仍然沒有被許多非科學家所賞識。把關於科學真理的這一新概念作為更廣泛的科學教育的部分內容是值得的。
然而也有跡象表明對方法加以選擇的重要性曾經被過分誇大。對此我同意Koyre（1965）的意見，他認為：「抽像的方法論在科學思想的具體實際發展上只佔有相當小的地位。」Goodfield（1974）在生理學家中的還原論者與反還原論者之間沒有發現他們在科學成就和創立學說上有什麼差別。庫恩（Kuhn）以及其它的人同樣也對方法的選擇的重要性看得很低。科學家在實際研究工作中往往在不同階段之間來回徘徊，在一個階段裡他們收一集資料或進行純描述性或分類研究，在另一階段則建立概念或檢驗各種學說。
歸納法
關于歸納法和演繹法孰優孰劣的爭論已持續了好幾個世紀。現在已弄清楚這是一樁相對說來是風馬牛不相及的爭論。歸納論一（inductivism）聲稱一個科學家用不著事先有任何假說或事前的期望，只要通過記錄，測量和描述他所遇見的事物就能作出客觀不具偏見的結論。F．培根（1561∼1626）是歸納論的主要創導人，雖然他在自己的研究工作中從來也沒有前後一貫地採用過這種方法。達爾文曾自誇繼承了「真正的培根方法」，他卻不是一個歸納論者。他的確還嘲弄過這一方法，說如果有誰真正相信這種方法，「他還是去碎石場的好，並在那裡數一數圓石片，描繪它們的顏色」。但是在一些哲學文獻中達爾文卻往往被劃在歸納論者之中。歸納論在18世紀和19世紀早期曾風行一時，現在則已認清純粹的歸納法處理是全然無用的。這種情況可用植物育種者Gaertner的例子來說明，他曾耐心地進行和記錄了成千上萬的雜交試驗卻毫無所獲，作不出任何概括性結論。李比希（1863）是第一位站出來反對培根的歸納論的著名科學家，他很有說服力地論證了從來沒有哪位科學家曾經或能夠遵循《新工具》（NovumOrganum）中所闡述的方法。李比希尖刻鋒利的批判結束了歸納論的統治。
假說-演繹法
歸納論是被人們越來越有意識地用所謂假說-演繹法取代的。這個方法的第一步是「推測」（達爾文語），也就是說建立一個假說。第二步是進行實驗或積累觀察以便檢驗假說。Ghiselin（1969），Hull（1973a），Ruse（1975b）曾就達爾文運用這一方法的情況作過非常精采的闡述。這一方法具有強烈的常識氣息，人們也可以議論這方法早已暗含在亞里斯多德的方法中，笛卡爾學派的演繹論（deductivism）很大一部分也確實包含了這一方法。雖然當十八世紀歸納論盛極一時的時候演繹法的光彩一度被掩蓋，但在十九世紀時它已成為佔優勢的方法。
假說-演繹法之所以被廣泛採用是因為它具有兩大優點。首先，它和當時日益增強的信念非常合拍。這信念就是：沒有絕對真理以及所有的結論和學說要不斷地被檢驗。其次，與新的相對主義（relativism）相關聯，它鼓勵不斷地建立新學說並尋求新的實驗和觀察用來證實或否定新假說。它使科學具有更大的伸縮性和進取精神，並使得某些科學爭論不如前此激烈，因為這些爭論已不再涉及為終極真理而鬥爭的勝負成敗問題。
科學家實際運用假說-演繹法究竟到甚麼程度是有爭議的。Collingwood（1939）講得很好，他認為假說總是對一個問題所作的試深性回答，而提出問題才真正是走向建立學說的第一步。科學史上不乏這樣的例子，即一位研究人員掌握了建立一個新學說所必需的一切重要事實，但就是提不出正確確切的問題。如果承認提出問題的重要性，那末緊接著就引出了新的疑問：首先，為什麼提出這個問題，回答必定是因為一位科學家觀察到了一些他所不瞭解的事情，或者這些事情的原因不清楚，或者是他遇到了一些表面看來是矛盾的現象而他又想去排除這矛盾。換句話說，對事物的觀察引出了問題。
當然，反對演繹法的人會提出這些事物本身決不會形成學說，這完全正確。只有當一個愛追根究底的人提出一個重要問題時這些事物才有意義。叔本華曾經說過，具有創造性思維的人才會「想到人從未想過的事，注視著每個人都看到了的事」。因此歸根到底想像力才是科學進步的最重要前提。
假說一演繹法，就其本質來說是發現新事物的現代科學方法，雖然在建立試探性假說之前必須先有觀察並提出問題。
實驗與比較
物理學研究和生物學研究的區別並不像一般認為的是由於方法論的差異。作為研究方法，實驗並不限於物理科學，而且也是生物學的主要方法，特別是在功能生物學中（見後）。觀察和分類顯然在生物科學中比在物理科學中更為重要，然而在像地質學、氣象學和天文學這樣一些物理科學中它們顯然也是主要方法。分析在物理科學和生物科學中則同等重要，這在下面還要談到。
在物理學家寫的科學哲學中往往把實驗看作是科學的獨特方法。這是不正確的，因為在進化生物學和海洋學這樣一些科學中，其它的嚴密科學方法非常重要。每門科學都要求有自己專有的合適方法。對伽利略（力學）來說，機械學、測量與計量就非常重要；就亞里斯多德（生物學）而言，則生物有機體、多樣性、目的性過程的分析以及分類是偏重的方法。在生理學和其它功能生物學中，實驗性方法不僅是合適的而且幾乎是唯一能取得結果的方法。
絕大多數物理科學史家在討論實驗性方法以外的方法時常表現得極其無知。摩根（Morgan，1926）在其著作中如實地描繪了實驗科學家的傲慢態度。他根本否認一位化石學家的學說構思才能：「我的化石學家朋友（他所指的無疑是H．F．osborn）在放棄描述工作而企圖轉向現象的解釋時，他的處境就比他所瞭解到的更危險。他沒有辦法去驗證自己的設想…[當看到化石記錄中的空檔時]我對化石學家說：因為你不知道，而且就你的情況來說也決不可能知道差異究竟是由一個變化（單一突變）還是一千個變化引起的，所以關於進化過程的遺傳單位問題你就無法肯定地告訴我們任何東西。」就好像化石學家從自己所搜集的資料中無法作出有價值的推斷似的，而推斷則是可以通過多種辦法加以驗證的。認為實驗工作絕不是描述性的看法也能引起誤解。當實驗方法的操作人員報告實驗結果時就像博物學家報導觀察所得時一樣，都是描述性的。與實驗相補充的就是觀察。科學領域中很多部門的進展取決於觀察，即為了回答精心提出的問題所作的觀察。現代的進化生物學、行為生物學以及生態生物學都已肯定地證實這些現實性科學不是別的，主要就是描述性（敘述性）科學。事實上，許多基幹實驗而又沒有提出恰當問題的文章（這樣的文章太多太多：）和進化生物學中大多數非實驗性著作比較起來其敘述性更強。
然而僅只是觀察也是不夠的。直到18世紀晚期才有一種特別適用於研究多樣性的方法初次被認真地加以運用，這就是比較法。雖然在居維葉之前已有一些先行者，他卻無疑是比較法的偉大創始人（見第四章 ）。人們往往忽略了在運用比較法之前必須把要比較的項目加以分類。確實，比較分析的成功與否在很大程度上由事前的分類是否完善來決定。同時，進行比較時顯露出的分歧往往使現象的分類得到改進。這樣在兩種方法之間往返進行（不是圓周運行）是很多學科的特點（Hull，1967）。
實驗法與比較法之間的差別並不像初看起來那樣大。兩種方法都要收集資料，而且觀察在兩種方法中都具有關鍵作用（雖然實驗科學家通常並不提起他所取得的結果是由觀察所進行的實驗得到的）。在所謂的觀察性科學中，觀察者所研究的是自然界的實驗。這兩類觀察之間的主要區別是，在人為的實驗中可以選擇條件從而可以檢驗有哪些因素決定實驗結果。在自然界的實驗中，不論是地震還是某種海島動物的出現，我們的主要任務是推論或重新建立這一自然界實驗所由以發出的條件。通過尋求一群正確配合的因素，有時幾乎可以在「對照「觀察中求得對照實驗的可靠性。正如Pantin（1968：17）曾經指出的，「在天文學、地質學以及生物學中，在選定的時間和地點觀察自然事件有時可以提供完全足以作出結論的信息，正如可以由實驗得到信息一樣。」
重要的是必須強調觀察-比較法的科學合法性，因為實驗法對很多科學問題並不適用。但是，和有些物理學家的看法相反，那些仰仗比較法的科學門類決不是劣等的。正如一位明智的科學家，E．B．威爾遜，在很早以前說過：「在我們研究室裡完成的實驗補充了在自然界中曾經發生並一直發生的實驗，它們的結果必須織進同一織物之中。」威爾遜（E．B．Wilson）一貫反對那種認為生物學的進展「只能由實驗」取得的觀點，通過觀察發現異種動植物就構成了生物地理學的基礎；觀察顯示了有機界的多樣性，從而導致了林奈等級結構的建立和共同起源學說；觀察導致了行為學和生態學的誕生。在生物學中由觀察所產生的見識可一能比所有的實驗加起來還要多。
2．3 生物學在科學中的地位
當面對神話或宗教的時候，科學形成了聯合陣線。一切科學一（儘管各門學科，各有不同）的共同目的是努力瞭解世界。科學要求解釋，要求概括，要求確定事物與過程的原因。至少在這些。方面科學是一致的（Cansey,1977）。
由於這種情況往往就得出這樣的結論：對某一門（例如物理學）科學來說是正確的，那就必然對一切科學也是同樣正確的。舉個例子，在我的書架上恰好有六七本關干科學哲學的書，而實際上都只是關於物理科學的哲學。科學的哲學家絕大多數具有物理學的知識背景，在論述科學的哲學和方法論時幾乎完全以物理科學為根據。這些論述都是很不完全的，因為沒有把生物界豐富多采的現象和過程包羅進去。哲學家和人文學者在敘述或評論「科學」時，頭腦中幾乎從來只有物理科學（以至技術）。當歷史學家談到科學革命（這主要是一次機械科學的革命）時常常暗示這也是同樣適用於生物科學的革命。
生物學和物理科學之間有重大的不同，這一點往往完全被忽視。大多數物理學家似乎認為物理學理所當然地是科學的模範，而且只要瞭解物理學就可以瞭解其它科學，包括生物學。在科學家之間「物理學家的傲慢」（Hull，1973）已經成為諺語。例如，物理學家Ernest Rutherford認為生物學是「集郵」（Postage stamp collecting）。甚至素來沒有物理學家一般傲氣的V．WeisskoPf最近也忘乎所以地聲稱「科學的世界觀是奠基於19世紀關於電和熱的性質以及原子和分子的存在的偉大發現之上的」（1977：405），似乎達爾文、伯納德、孟德爾以及弗洛伊德（還不算其它成百上千的生物學家）對我們的科學世界觀沒有作出巨大的貢獻。說真的，他們所作的貢獻可能比物理學家還要大。
為了抗衡這種態度，強調科學的多元性（Plurality ofscience）有時是有利的甚至是必要的。很早以來就常常將牛頓和自然法則看作是在時間和空間上與科學是同樣擴展的。然而，看一看十六、十七和十八世紀的理智環境，就會發現當時有幾種其它的文化傳統同時存在，這些傳統彼此之間或與力學之間基本上無關。草藥醫生的植物學，Vesalius的解剖學，博物學家獨特的採集箱，科學航行，植物展覽和巡迴動物展覽等等，所有這些和牛頓有什麼關係！然而正是這些科學激發了盧梭的浪漫主義以及塑造了高貴的野蠻人的信條。
只是近年來才認識到將物理科學和生物科學等同起來的看法是多麼幼稚和引人誤解。物理學家C．F．von Weizsaecker（1971）承認傳統的物理學解釋和「它的抽像數學形式外衣並不能滿足我們真正理解自然的需要。而且統一的世界觀也不再能把各種各樣的科學聯合在一起…物理學家們發現了一個獨立自主的生物學。」
因而研究生物學現象就會引出這樣一個合乎情理的問題：物理科學的方法論和概念結構在多大程度上能作為生物科學的範例？這個問題不僅和一些特殊問題如「知覺」或「意志」等有關，並且涉及任何生物學現象或概念，如種群、種、適應、消化、選擇、競爭等等。這些生物學現象或概念難道在物理科學中就沒有相對應的？
不同的科學之間的區別再也沒有什麼比其哲學應用之間的不同更明顯。很多哲學家曾指出在物理科學和倫理學之間沒有什麼可想像得到的聯繫。然而同樣明顯的是在生物科學和倫理學之間一種表面上可能具有的聯繫：例如社會斯賓塞主義（SocialSpencerism）」，優生學等等。物理學家聲稱在物理科學和倫理學之間沒有聯繫確實是不無道理的（可以想一想原子核物理）。但是他如果正式聲明（很多物理學家就是這樣做的）「科學」和倫理學沒有聯繫，他就暴露了部門狹隘性。政治意識形態一直對生物科學比對物理科學更感興趣。李森科主義（Lysenkoism）和行為主義的白紙狀態（tabula rasa）說教僅僅是兩個例子。根據上述理由，當論及科學哲學而實際指的是物理科學哲學就是錯誤的。
很多物理學家認為生物學的全部知識可以還原為物理學定律的意見使不少生物學家出於自衛提出生物學自主的問題。雖然生物學家的這一解放運動很自然地遇到相當大的阻力；這阻力不僅來自物理學家，而且也來自具有本質論思想的哲學家，並且在最近幾十年來日益得勢。究竟物理科學的原則、學說是否能解釋生物科學中的每一樣事物，究竟生物學（至少部分地）是不是獨立自主的科學，冷靜地討論這些問題也有很大困難。這是因為科學之間的競爭，甚至互相敵視所致。而這種情況在物理科學和生物科學內部以及這兩個陣營之間都存在，有不少人（例如Comte）企圖將科學分成等級，並把數學（特別是幾何）冊封為科學皇后。在為榮譽（加諾貝爾獎）而競爭，在為大學中與政府部門中的預算撥款，為職位而競爭，以及在一般群眾中的社會聲譽方面這種競爭就更明顯。
前面的討論可能給人這樣的印象，即我也要求生物科學完全自主，換句話說，我要徹底放棄科學統一的概念並用物理科學和生物科學這兩門分開的科學來代替。但是這並不是我的觀點。我希望說明的是物理科學作為科學的尺度是不適當的。物理學完全不能擔任這一角色，因為正如物理學家Eugene Wigner說得好：「目前物理學研究的是極限狀態（limiting case）。」用一個類似的比喻，物理學相當於歐氏幾何，後者是所有幾何（包括非歐氏幾何）的極限狀態。關於這種情況G·G·辛普森（1964b：106∼107）闡述得最清楚：「堅持研究有機體需要除物理科學以外的原理並不是對自然的二元論或活力論觀點。生命…因此便不會必然被認為是非物理的或非物質的。正是生物受到了千百萬年歷史過程的影響。……這些過程的結果是和任何非生命系統在種類上不相同的系統，而且幾乎是不可比擬的更加複雜。生物並不是由於這個原因在本質上便必然較少物質性或較少物理性。問題的關鍵是，一切已知的物質過程和解釋原則對生物有機體都是適用的，而只有有限的物質過程和解釋原則適用於非生命系統…因此生物學是站在一切科學的中心的科學……正是在這個地方、在一切科學的所有原則都被包羅進去的領域之中，科學才能真正的統一起來。」
在生物科學中我們所研究的現象是無生命物體所沒有的，這種認識並不是新的。科學史，自亞里斯多德開始，就是力求表述生物學自主的歷史，是試圖抵制機械-定量式解釋的歷史。然而每當博物學家和其它生物學家以及某些哲學家強調性質、特殊以及歷史在生物學中的重要性時，他們的這種努力往往遭到譏諷並簡單地被視為「劣等科學」加以排斥。甚至康德也逃不脫這種命運，他在所寫的《判斷力批判》（Kritik derUrteilskraft，1790）中十分令人信服地爭辯說生物學和物理科學不同，生物有機體與無生物不同。遺憾的是這些努力被貼上了活力論的標籤因而被排斥在科學之外。嚴肅地對待生物學自主的要求還只是上一代左右的事，也就是說在各種形式的活力論消亡了之後。只有首先將各種不同的科學彼此加以比較並明確了它們有哪一些共同點，有哪些區別之後才能對科學作出普遍公認的論述，這種看法正在越來越清楚地被人們所認識。下面我們就來討論生物學有些什麼特殊的地方。
2.4 生物學怎麼不同和為什麼不同
「生物學」這個詞是在19世紀才有的。在此之前並沒有這樣一門科學。在培根、笛卡爾、萊布尼茨及康德的有關科學及其方法論的著述中，就只有醫學（包括解剖學及生理學）、博物學和植物學（還包括其他內容），而沒有提到生物學。解剖學（人體解剖）在18世紀就是醫學的一個分支，植物學同樣也主要是由一些對藥用植物感興趣的醫生在實踐中加以研究和運用的。動物的自然史當時主要作為自然神學的一部分而研究，用以對付設計論（design）提出的爭議。物理科學的科學革命根本未觸及生物科學。直到十九、二十世紀生物學思想才得到革新。因此，在十七、十八世紀建立的而又完全以物理科學為基礎的科學哲學沒有將生物學包括在內就毫不奇怪（而且在隨後修訂科學哲學時要再把生物科學包括進去又非常困難）。只是在近二三十年才有一些哲學家（如Scriven，Beckner，Hull，Campbell等）試圖將生物學和物理科學之間的區別明確起來（Ayala 1968）。這種思想還很新頻，只能作試探性的論述。以下討論的目的只是闡述有關問題的性質，並不是作出明確的解答。
物理科學和生物科學今的定律（法則）
定律在物理科學中具有重要的解釋作用。一件特定的事態只有當它能被證明是由符合於一般定律的特定原因引起的時候才被認為得到了解釋。有些哲學家把定律的建立作為評價科學的依據。這樣的一些定律被認為是決定論的，因而可以作出準確的預測。
近年來又提出了這樣的問題：定律在生物學中是否像在物理科學中那樣重要。有些哲學家，如Smart（1963；1968），就根本不承認在生物學中有普遍適用的定律（而這卻是物理學的特徵）。另一些哲學家，如Ruse（1973）以及（在一定程度上）Hull（1974）則堅持強調生物學也有自身的定律。生物學家們卻幾乎毫不重視這種爭論，認為這個問題與從事實際工作的生物學家毫無關係。
回顧歷史就會發現，19世紀的拉馬克、達爾文、梅克爾、阿伽西、科普以及許多和他們同時代的人經常提到（生物學）定律；而在生物學的各個學科的現代教科書中卻可能一次也遇不到「定律」這個詞。這並不是說生物學中不存在規律性，而只是指這些規律性是如此顯而易見或如此平凡不值得一提。這可用壬席（Rensch，1968：109∼114）所列出的一百條進化「定律」這件事作為例子很好地說明。這一百條「定律」所指的都是受自然選擇影響的適應傾向；而且其中絕大多數又常有例外（偶然的或經常的）情況，所以只是「定則」（慣例，rules），而不是普遍的定律。它們只是對過去的事態具有解釋意義而不是預測性的（除非是統計性或幾率性預測）。當我說「一隻佔據有一定領域的雄鳥趕走侵犯者的機會是98．7％（或其它的任一正確數字）」，我就幾乎不可能聲稱建立了一條定律。當分子生物學家稱蛋白質不能將（遺傳）信息重新轉譯入核酸時，他們認為這是事實而不是定律。
生物學中的概括幾乎完全是幾率性的。有人曾作出這樣的妙語：生物學中只有一條普遍定律，那就是一切生物學定律都有例外。」這種幾率性的概念化與在科學革命早期認為自然界事物的原因都由可以用數學形式表達的定律支配的看法相去甚遠。實際上這種思想顯然首先是由畢達哥拉斯提出的，它一直到現在，仍然是主導思想，特別是在物理科學中。它一再成為某些綜合性哲學的基礎，雖然不同的哲學家對之有很不相同的表述形式，如柏拉圖的本質論、伽利略的機械論、笛卡爾的演繹法。這三種哲學對生物學都有重要影響。
柏拉圖的思想是幾何學家的思想：一個三角形不論它的三個角是怎樣組合的，它總是三角形的形式，因而和四邊形或其它任何多邊形是不同的（不連續式不同）。就相拉圖看來，世間各種變化無常的現象不是別的，僅僅是數量有限的固定不變的形式的反映，這固定不變的形式相拉圖稱之為eide，中世紀托馬斯主義者則稱之為本質（essences）。本質是真實的，在世間是重要的；而作為思想，則本質可以不依賴實體而存在。本質論者特別著重恆定不變和不連續這兩點。變化或變更被認為是作為基礎的本質的不完善顯示。這一概念化不僅是托馬斯主義者的唯實論的基礎，而且也是後來所謂的唯心主義或一直到20世紀的實證主義的基礎。Whitehead是一個數學家和神秘主義者的奇怪混合型人物（也許應當稱之為畢達哥拉斯學派人物），他曾經說過：「對歐洲哲學傳統最保鹼的一般描述是，它存在於對柏拉圖的一連串註腳（footnotes）之中」。毫無疑問，這話如果是真的，則看來是讚揚而實質上卻是貶低。這話真正指的是歐洲哲學經過了這麼多世紀一直沒有能擺脫柏拉圖本質論的窠臼。本質論，連同它對恆定不變，不連續以及典型價值（模式概念，typology）的強調，一直支配著西方世界的思想，以致研究思想意識的歷史學家到現在對之還沒有充分認識。達爾文是首先反對本質論（至少是部分地反對）的思想家之一。他完全不被同時代的哲學家（他們全是本質論者）所理解，因而他的通過自然選擇的進化概念就無從被人接受。按照本質論，真正的變更（變化）只能經由新本質的突然發生而實現。因為達爾文所解釋的進化必然是漸進的，所以和本質論是完全不能和諧共存的。然而本質論哲學和物理科學家的思想卻十分合拍，物理學家的「類別」（classes）是由完全相同的實體組成，不論是鈉原子、質子、還是π-介子。
就伽利略看來，幾何同樣是開啟自然定律的鑰匙。然而他和柏拉圖比較起來卻更多地以數學方式來運用它。他曾寫道：「在宇宙（它永遠讓我們注視著）這本大書中寫上了哲學。除非首先學會它的語言和構成這語言的文字，否則就無法理解這本書。這書是用數學語言寫成的，它的文字是三角形、圓和其它幾何圖形；沒有這些，人類就根本無法理解這本大書中的任何一個單詞；沒有這些人們就只能在漆黑的迷宮中徘徊」（《計量者》）。然而對伽利略來說，不僅幾何而且數學的一切方面，特別是測量的任何計量都被他認為是最基本的。
「世界觀機械化」——這種信念認為，世界是由創世主按有限數量的永恆規律（定律）所設計的，因而井然有序，有條不紊（Maier，1938；Dijksterhuis，1961）——在隨後的幾個世紀中得到很大發展，直到牛頓將天體力學和大地力學融為一體時更取得了極大勝利。這些輝煌成就使得數學贏得了幾乎無限的聲譽。這具體地表現在康德的有名（或名譽極壞！）格言中：「在自然科學的各個領域中只有在包含有數學的那些領域才能找到真正的科學」如果這話是正確的，那末《物種起源》又怎麼能算得上科學著作？毫無疑問，達爾文對數學的評價是很低的。
對數字和數量的魔力的盲目迷信，在19世紀中葉或許已達到頂峰。即使是洞察入微的思想家Merz（1896：3O）也曾說過：「現代科學只規範它的方法而不闡釋它的目的。現代科學奠基於數字和計算之上，簡而言之，奠基於數學運算上；科學的進展既取決於將數學觀念引進到顯然不是數學的學科中去；又決定於數學方法和數學概念本身的拓展。」
儘管隨後對此有不少強有力、甚至極盡挖苦能事的反駁（Ghiselin，1969：21），而具有數學或物理學背景的哲學家卻仍然緊抱著數學是科學皇后的魔杖不放。例如數學家Jacob Bronowski（1960，P．218）就曾講道：「時至今日，我們對任何科學的信賴程度大致和它運用數學的程度成正比。…我們認為物理學真正是一門科學，然而化學則多少沾染有烹調手冊的怪味（和污名）。當我們進一步轉向生物學，隨後是經濟學，最後到社會科學，我們就很快地滑落到偏離科學的泥坑中去。」關於定性科學和歷史科學、或涉及到系統如此複雜無從用數學公式表達的科學門類的這樣一些誤解，最後歸結為一句專橫武斷的宣告：生物學是一門劣等科學。這樣就導致了在生物學的不同學科中濫用數學解釋的現象。
沒有人比笛卡爾對數學的重要性更加感受深刻，然而對他的思想的這種讚揚的結果卻和對伽利略或牛頓的讚揚結果十分不同。笛卡爾對數學證明的嚴密性以及針對某一問題所作結論的必然性具有極其深刻的印象，竟至於聲稱數學定律是由上帝授旨，正如皇帝在其帝國內頒布法律一樣。笛卡爾擬定了一種運用數學方法（嚴格按演繹法）的邏輯以獲取理性知識。這種邏輯採取了數學的思想結構而不是用數學公式或方程式作為語言，然而它贊同嚴格的決定論解釋和本質論思想。採用笛卡爾的數學方法論的萊布尼茨則是數學邏輯的創始人。
雖然數學挾其絕對優勢支配科學達數百年之久，但是幾乎從一開始就有人持不同意見。Pierre Bayle（1647—1706）似乎是不承認那種把數學知識看作是用科學方法所能取得的唯一知識的看法的第一個人。例如他斷言歷史的必然性並不比數學的必然性低劣而只是有所不同。歷史的事實，如羅馬帝國曾經一度存在過這一事實和數學中的任一事實都是一樣確實可信的。生物學家同樣可以堅持過去曾經有恐龍和三葉蟲存在，這和數學定律是同樣真實的。Giambattista Vico對笛卡爾以數學-幾何解釋世界的觀點也給予了無情的抨擊。他確信、觀察、分類、假說的方法不容置疑地可以提供關於物質世界的真正而又質樸的「戶外」知識。
博物學是對伽利略關於科學的數學理想的第二個反叛根源。布豐特別緻力於促進博物學的發展。他強調指出（《哲學著作集》oeuvr．Phil.,：26）有些學科過於複雜不可能有效地運用數學，在這些學科中就包括博物學的各個部門。觀察與比較是切合這些學科的科學方法。布豐的「博物學」（Histoire naturelle）對Herder產生了決定性的影響，後者又影響了浪漫主義派和自然哲學派。甚至康德也在179O年放棄了他對數學的崇拜。如果關於科學的數學理想的無效性在以前還並不明顯，那末隨著《物種起源》的出版這就肯定無疑了。
順便應當提到的是，將數學看作是「科學皇后」是多麼容易引起誤解。數學只是科學的一小部分，正像文法只是語言（如拉丁語或俄語）的一小部分一樣；數學是和一切科學有關的一種語言（雖然程度極不一致），或者同什麼也無關。有一些科學，如物理科學和大部分功能生物學，其中定量和其它數學處理具有重要的解釋作用或啟發作用。也有像系統學和大部分進化生物學這類的科學，其中數學的貢獻就極其微小。
實際上，在這些門類的生物學中考慮不周地運用數學有時會形成模式概念，從而形成錯誤觀念。例如遺傳學家約翰遜就經受不住這種誘惑將遺傳上可變的種群「簡化」為「純係」，從而混淆了「種群」的確切涵義，在關於自然選擇的重要性上就作出了錯誤的結論。同樣，，數學種群遺傳學的創導者為了使數學易於處理，將進人演算公式的各種因子加以過份簡化。這樣就對基因的絕對適合值（absolute fitness value）加大了脅強（stress），過份估價了累加基因效應（additive gene effects）並進而作出了自然選擇的目標是基因而不是個體的假定。這就必然只能得到不切實際的結果。
當達爾文根據地質學和種系發生現象計算地球年齡至少應當在十億年以上時，物理學家凱爾文爵士（Lord Kelvin）斷然宣稱這是錯誤的，因為他根據與地球同樣大小球體的熱量散失計算，地球年齡至多只有二千四百萬年（Burchfield，1975）。十分引人發笑的是凱爾文怎樣能保證，他自己的計算結果是正確的而博物學家達爾文的是錯誤的。由於生物學是劣等科學，因而錯誤在何方是不言而喻的。凱爾文根本不承認可能有某種未知的物理因素存在，而這物理因素最終倒可能支持生物學家的計算。在當時的這種知識氣氛下有些生物學家走迷了路，用淺近的物理學來解釋他們的發現。例如魏斯曼在其早期工作中將遺傳性歸之於「分子運動」，貝特森則認為遺傳性是由於「渦動」（漩渦運動）。這樣的一些解釋只能阻礙科學進展。
在過去50年中這種情況發生了相當激劇的變化。絕大多數純屬生物學過程的不確定性和物理過程的嚴格確定性已不再呈現十分明顯的差異。在研究銀河和星雲的渦流效應以及海洋和大氣系統的湍流現象中，發現在非生物界中隨機過程是多麼經常，多麼有影響。這一結論並沒有被某些物理學家接受。例如愛因斯坦就曾大叫「上帝並不玩骰子!」然而在等級結構的每一個層次都有隨機過程出現，小至原子核一直到宇宙起源的大爆炸（big bang）所產生的各種系統。隨機過程雖然使得預測是機率性（或不可能）的而不是絕對性的，但隨機過程本身和確定性過程一樣，是有原因的。只是絕對性預測是不可能的，這是由於等級結構系統的複雜性，每一步有非常多的可能選擇，以及同時發生的各種過程之間的無數相互作用。就這方面來說，氣象系統與宇宙星雲在原則上和生命系統就沒有什麼不同。在如此高度複雜的系統中可能發生的相互作用的數量是如此之多，根本無從預測哪一個將必然會實際發生。研究自然選擇和其它進化過程的學者、量子力學和天體物理學學者在不同的時間而且或多或少是獨立地作出了這種相同的結論。
由於上述一切原因，物理學已不再被認為是科學的尺度。特別是涉及到研究人類時，是由生物學提供了方法論和概念。法國總統最近將這一信念用下面的活簡潔地歸納了起來：「毫無疑問，被人們考慮不周地稱為『精密』科學的數學，物理學以及其它科學…將會繼續提供驚人的發現，然而我卻不能不感到未來的真正科學革命將必然來自生物學。」
生物科學中的一些概念
生物學家通常並不建立定律而是將他們的概括組織成概念結構（體系）。有人認為定律與概念的比較只是形式上的差異，因為每個概念都可以轉化成為一個或幾個定律。即使這種看法表面上是正確的（我對此卻並無十分把握），這樣的轉化在實際的生物學研究工作中卻並不見得有什麼好處。定律不具備概念的靈活性和啟發性。
生物科學的進展大多是這些概念或原則發展的結果。系統學進展的標誌是分類、種、類目、分類單位（分類群）等等這樣一些概念的提煉和完善；進化生物學的進展則是由於世系、選擇以及適合度等概念的發展與完善。生物學的每個部門都可列出一些類似的主要（或核心）概念。
科學的進展在於新概念的開發（如選擇、生物種）和用以闡明這些概念的定義的反覆提煉與完善。尤其重要的是有時會偶然發現一個多少是專業性術語，過去認為所指的是某一特定概念，而實際上卻被用來表示好幾個概念，例如「隔離」既表示地理隔離，又表示生殖隔離。又如「變種」，達爾文既將它用於個體，又用於種群，而「目的性的」（teleological）這個術語所表示的卻是四種現象。
奇怪的是科學哲學對概念的極端重要性卻很不注意，很不重視。由於這個原因，一直到現在還不可能對重要發現的過程和概念發展成熟的過程作詳盡的闡述。然而非常明顯的是，生物學思想的創導者的主要貢獻就在於開發和提煉概念，偶爾還排棄錯誤的概念。進化生物學的大部分概念都應歸功於達爾文，行為學概念則應歸功於洛蘭茨（Kongrad Lorenz）。
直到現在一直被忽視的概念（歷）史中有很多意外情況。「相似」（affinity）、「親緣關係」（relationship）在進化論以前的系統學中被用來指簡單的相似，1859年以後轉變成「血緣相近」（Proximity of descent），並沒有引起任何混亂或困難。而當亨尼克（Hennig）試圖將「單元的」（單源的，monophyletic）這個詞從鑒定分類群轉變到鑒別世系途徑時，在分類學中就產生了很多困難。有時在研究概念時還發現在某些語言中詞彙非常貧乏。例如「資源」（resource）這個術語在生態學中非常重要（如資源分配，資源競爭等等）而在德文中卻沒有相應的詞彙，後來才將原來的英文字德語化成「Ressoureen」。
概念的種類很多。例如生物學就認準哲學（quasi－phyilos－ophical）概念或方法論概念的完善化中得益不少；如近期原因與進化原因，比較法與實驗法的明確劃分。承認比較方法就在生物學中引進了一個新概念。
當引進一個真正的新概念時在科學內部常常引起特別大的困難。例如引進種群思想代替柏拉圖的本質論概念，引進選擇概念或遺傳學中的封閉程序及開放程序等概念時情況都是如此。這正是Kuhn在談到科學革命時所指的（部分）情形。
有的時候僅僅引進一個新術語，如「隔離機制」、「分類群」（分類單位）、「目的性」，就大大有利於澄清以前概念混亂的情況。更多的情形是必須首先排除概念上的混亂然後再引進新術語這才有利。約翰遜的「遺傳型」和「表現型」這兩個術語的情況就是這樣（雖然約翰遜本人倒多少被它們弄糊塗了；參閱Roll－Hansen，1978a）。
另一個困難是，同一個詞在不同的科學中被用來表達不同的概念，或者甚至在同一門科學的不同學科中也有這種情況。例如18世紀的胚胎學家Bonnet或19世紀的動物學家阿伽西使用「進化」這個詞其涵義就和達爾文學派大不相同；同樣，這個詞對人類學家（最低限度對那些直接或間接受斯賓塞影響的）和對選擇論者來說涵義又有很大出入。科學史上的很多著名論戰幾乎完全是由對手雙方採用同一個術語而表達的概念十分不同所引起。
在生物學的歷史上定義的措辭往往十分困難，而大多數定義又常被反覆修訂。這種情形並不奇怪，因為定義只是概念的暫時性文字表述，而概念——特別是難懂的概念——常常由於我們知識的增長或理解的深化而需要一再修訂。這種情況可以用種、突變、領域、基因、個體、適應與適合度等這樣一些概念的定義作為例子充分說明。
科學的一個很重要的方法論方面常常被誤解，從而成為對同源現象或分類這樣一些概念引起爭論的原因。這是定義與在特定場合與定義相符的證據之間的關係（Simnson，1961：68－70）。這最好用一個例子來說明：「同源」（homolosous）這個詞在1859年以前就有了，然而一直到達爾文創立了共同祖先學說之後才賦予它以現代流行的意義。按照這一學說，「同源」這個詞在生物學上最具有意義的定義是：「在兩個或兩個以上分類群中出現的某一特徵，當這特徵來自它們共同祖先的同一（或相應）特徵時，這出現於兩個或兩個分類群的特徵就是同源的。」在給定的情況下可以用來證明是否同源的證據應具備什麼條件？有一整套這樣的標準（例如某一結構相對於其它結構的位置），然而如果將某些學者在為「同源」下定義時所提到的證據也包括進去，那就會引起誤解。定義及與定義相符的證據之間的關係同樣存在於生物學所使用的幾乎一切術語的定義中。例如某人如試圖進行「系譜分類」而完全依賴形態學證據去推斷彼此之間的關係。就是這樣也並不能形成形態分類。目前普遍接受的種的定義包括生殖群落（「品種間雜交」）這一標準。古生物學家不能用化石來驗證品種間雜交，但是通常可以把各種不同的其它證據（群聚，相似等等）綜合起來以強化同（一）種（類）的可能性。定義闡明概念，但是並不要求包括與定義相符的證據。
下面討論生物學中一些特別重要的概念。
種群思想與本質論
西方思想自柏拉圖以後兩千多年來一直受本質論支配。直到19世紀一種新的和不同的關於自然界的思想開始傳播，即所謂的種群思想。什麼是種群思想？它和本質論有什麼不同？種群思想家強調生物界每一事物的獨特性。對他們來說重要的是個體而不是模式。他們強調有性繁殖物種中的每個個體和一切其它個體都不相同，即使單親生殖的個體同樣也具有特異性。沒有模式的或「典型的」個體，平均值只是抽像概念。過去在生物學中所指的「綱」（classes）大多數是由獨特的個體所組成的不同種群（Ghiselin，1974b；Hull，1976）。
在萊布尼茨關於單胞蟲（monads）的學說中就有種群思想的苗頭，因為他提出每個單胞蟲和其它的每個單胞蟲都不相同，這和本質論思想截然相反。然而德國當時是本質論的頑固堡壘，所以萊布尼茨的意見也不可能形成種群思想。種群思想最後在其它地方得到發展，源流有二；頭一個來自英國動物育種學家（Bakewall，Sebright等人），他們發現在他們的畜群中每一個個體具有不同的遺傳性狀，在這個基礎上他們選育了下一代的種畜和母畜。另一個來源是系統學。所有從事實際工作的博物學家都發現在就一個單獨的物種收集標本時，雖然收集了「一系列」標本，但從來沒有兩個標本是完全一樣的。這種觀察結果使博物學家產生了深刻印象。不僅達爾文在研究甲殼動物時強調了這一點，甚至批評達爾文的人也承認這個事實。例如Wollaston（1860）就曾寫道：「在世間的千百萬人之中，我們確信無疑地認為從來沒有兩個人在各方面絲毫不差地完全相似；同樣的道理，我們斷言曾經存在過的一切生物都是如此（儘管由我們未經訓練的眼睛看來它們在某些方面多麼相同）也不為過」。19世紀中葉的很多分類學者也發表過類似的議論。這樣的獨特性不僅表現於個體；而且也表現在任何個體生活史的發育階段上，並且還表現在個體的群集上，不論群集是屬於同類群（demes）、種，還是植物和動物的群聚。考慮到在某個細胞中大量的基因時或開啟，時或關閉的情形，身體中從來不會有兩個細胞完全相同的論斷就完全可能。生物個體的這種獨特性就意味著我們在研究生物的集群時，就必須採取完全不同於我們在研究個體完全相似的無機物集群時的方法和態度。這就是種群思想的基本意義。生物個體之間的差異是真實的，而在比較個體的集群（例如物種）時可以計算出的平均值只是人為的結論。物理科學家的種類和生物學家的種群之間的根本差異產生了不同的結果。例如，若不懂得個體的獨特性就無法理解自然選擇的作用。
本質論者的統計與種群論者的統計截然不同。當我們測定一個物理常數，例如光的速度時，我們知道在相同的情況下它是一個常數，而且觀測結果如有任何變化，那就是由於測量不准，統計只表示我們的結果的可靠程度。從Petty和Graunt到Quete－let的早期統計學（Hilts，1973）是本質論統計學，它試圖求得真值以便克服因變易而引起的混亂狀況。Quetelet是數學家兼天文學家拉普拉斯的信徒，對決定論定律深感興趣。他希望通過他的方法能夠計算出「普通人」（averase man）的特徵，也就是說，發現人的「本質」。變易（變化）不是別的，只是圍繞平均值的「誤差」。
高爾敦（Francis Galton）可能是首先充分認識到易變的生物種群的平均值只是一個抽像觀念。在一群人之中身高的差異是真實的，並不是由於測量不准。自然種群統計中最重要的參數是實際變異，它的量和它的性質。變異量因性狀和物種的不同而有異。達爾文如果沒有採取種群思想就不可能創立自然選擇學說。另一方面，充斥在種族主義文獻中的言論則幾乎完全是基於本質論（類型學）思想。
與引進新概念（如種群思想）同等重要的是排棄或修正錯誤概念。這可以用目的論這個概念來充分說明。
目的論問題
自從柏拉圖、亞里斯多德以及斯多噶學派以後，廣泛流行著一種信念（但遭到伊壁鳩魯學派反對），認為自然界及自然過程都有意向，都有預先決定的目的。十七、十八世紀中具有這種觀點的人（目的論者）不僅在自然界階梯（頂端是人類）中，而且在自然界的統一與和諧以及多種多樣的適應中都覺察到某種目的（意向）的鮮明表現。目的論者的對立面是嚴格的機械論者，後者把宇宙看作是按照自然規律運行的某種機械裝置。然而宇宙的表面目的性，個體發育中的有目的的進程，以及生物器官的適應性能等等外觀上的目的性是如此明顯以至機械論者也不能忽視。一種具有上述全部性能的機械裝置怎麼可能純粹是自然規律的結果而不涉及最終原因？誰也沒有康德那樣敏銳地察覺到這種兩難偽困境。整個19世紀一直到現在，支持和反對目的論的論戰喧鬧延綿不已。
只是在過去25年左右解決問題的端倪才明顯可見。現在已弄清楚自然界中那些外觀上有目的的進程和嚴格的物理化學解釋絲毫也沒有牴觸。和科學歷史上經常發生的那樣，問題的解決是由於把一個複雜的問題分解成了它的幾個組成部分而完成的。已經分析清楚（Mayr，1974d）「目的性」這個術語過去曾用於四個不同的概念或過程。
（1）程序目的性活動（Teleonomic activities）。遺傳程序的發現為一類目的性現象提供了機械論解釋。某一生理過程或行為之所以有目的性是由於某種程序的運行而引起的就可以稱之為程序目的性活動（Pittendrish，1958）。個體發育（ontogeny）的全部過程以及個體的外觀上有目的的行為都屬於這一範疇。它們的特點是都具有兩個組成部分：它們是由某種程序導向的，而且它們依賴於某種終點或目標的存在，這終點或目標又是調整該行為或活動的程序已預知的。終點可以是某種結構，某種生理功能或穩定狀態，到達某一新的地理位置，或者是某種完結行為的動作。每一特定程序都是自然選擇的結果，並且不斷地被已經到達的終點的選擇值加以調整（Mayr，1974d）。亞里斯多德稱這種原因是「為了哪一個的原因」（for－the－sake－of－which causes）（Gotthelf，1976）。從原因的角度來看，重要的是講明白程序以及誘發尋求目標行為的刺激在時間上先於意向性行為。通常有許多反饋機制來改善程序目的性活動的精確性，然而程序目的性行為的真正特徵是引發或「引起」這尋求目標行為的機制存在。程序目的性過程在個體發生，生理學和行為學中特別重要。它們屬於近期原因的領域，雖然程序是在進化歷史過程中獲得的。遺傳程序的歷史性形成則是由於選擇壓力，而這壓力又由目的性活動的終點或目標產生。（2）規律目的性過程（Teleomatic Processes）。任何過程，特別是與無生命物體有關的過程，其目的或結局是嚴格按照物理定律而活動的結果；這樣的過程可以稱為規律目的性過程（Mars，1974d）。一塊下墜的岩石到達終點（地面）就不涉及尋求目標的或有意的或者程序化的行為，這只不過是符合引力定律而已。江河一瀉千里地流向海洋也是如此。當一片赤熱的鐵塊到達它的溫度和周圍環境溫度相等的終了狀態時，它之所以達到這一終點也是嚴格遵從物理定律——熱力學第一定律。宇宙進化的全過程，從第一次大爆炸一直到現在是由於一系列的規律目的性過程加上幾率性攝動或動盪的結果。自然規律中的引力定律和熱力學定律是最經常左右規律目的性過程的兩個定律。亞里斯多德早就覺察到這一類過程獨立存在，並將之歸因於「必然」。
（3）業已適應的系統（Adapted systems）。自然神學家對於與生理功能直接有關的一切結構的設計特別注意：心臟是造來把血液抽送到全身，腎是造來排除蛋白質代謝的副產物，胃腸道執行消化功能使營養物質能被身體利用等等。達爾文最具有決定性意義的貢獻之一就是指明這些器官的起源與逐步完善可以通過自然選擇來解釋。因此最好不用「目的性」（尋求目的）來標示器官，它們的業已適應的性能（adaptedness）是來自過去的選擇過程。在這裡使用適應性的或自然選擇學者的語言比用目的性語言更為合適（Munson，1971；Wimsatt，1972），因為後者暗示了有定向進化力量（orthogenetic force）存在，這種力量對生一物器官的起源負責。
人們在研究業已適應的系統時要提出為什麼的問題，如在靜脈中為什麼有辯膜？英國生理學家Sherrington（1906：235）在研究反射時很有分寸地強調了這一點：「除非我們將之看作是業已適應的動作而能討論其直接目的，我們就不可能從研究任何特殊的類型反射中得到任何教益…在探索自然界的奧秘中研究反射的目的是理由充分而又迫切需要的，正如研究昆蟲或花朵顏色的目的一樣。研究反射目的對生理學之所以重要就在於如果不瞭解它生理學家對反射就不可能真正理解。」
（4）宇宙目的論（Cosmic teleology ）。雖然亞里斯多德是在研究個體發育的基礎上提出並發展了他的目的論概念（這是完全合理的），後來他卻將之運用到作為一個整體的宇宙。這是在自然選擇學說提出之前兩千多年的事，因而亞里斯多德在涉及到適應現象時就只能想到二者之中擇其一的解釋：巧合（機遇）或者具有目的。因為臼齒是平的而門牙是尖的這種情況決不可能是巧合，這種差別就只能歸之於目的（性）。「大自然中有什麼，發生了什麼，都是有目的的。」確實，宇宙間的絕大多數事物都反映了似乎有目的，因而就必然要提出終極原因。
在適當的時機、特別是當它和基督教的教條結合時，這種宇宙目的論概念曾經一度成為目的論的流行概念。正是這種目的論被現代科學毫無保留地加以排棄。無論是宇宙進化還是生物進化的發生從來也不是以任何程序為基礎。如果在生物進化中有一種外觀進程，從二、三十億年以前的原核細胞到高等動植物，這完全可以用個體和物種之間的競爭所產生的選擇壓力以及新適應帶移殖（colonlzation of new adaptive zones）的結果來解釋。
在自然選擇還未被人們充分理解之前，很多進化論者，從拉馬克到H.F.Osborn和Teilhard de Chardin，曾經假設有一種非物理（甚至非物質）的力量存在，這種力量推動生物界日臻完善（定向進化，直生論）。對於唯物論的生物學家來說，要說明沒有這種力量、說明進化很少能達到盡善盡美、說明外觀上的日臻完善進程可以用B然選擇來很好地加以論證等等都是不太困難的。很多進化趨向的直線性是由於遺傳型及後生系統（epigenetic system）對選擇壓力的反應施加多種限制的結果。
定向遺傳學說近年來又被一些頑固不化的物理學家重新提出。Eigen（1971）在其超級循環學說（theory of hypercycle）中力圖說明「生物的進化…必須被認為是一個不可避免的過程，儘管其途徑是非確定性的。」莫羅（Monod，1974a：22）將Eigen（和Prigogine）看作是「萬物有靈論者」（animists），因為他們力圖「說明：第一，生命不能不在地球上開始出現，第二，進化不可能不發生。」生物學家當然會排斥Eigen學說中的決定論方面，然而根據由自然選擇不斷「指示」的隨機過程也可得到相同的結論。Monod在其推理中竟然對自然選擇沒有予以足夠重視，這不能不說是一件怪事。
將術語「目的論的」所表示的籠統混合概念分解成四個部分應當能消除由於對目的論的不同理解引起爭論的根源。然而我更希望這種概念方面的新進展能在非生物學家之中得到更廣泛的理解。例如許多心理學家在他們討論有目的的行為時仍然使用像「意圖」、「意識」這樣一些難於下定義的詞，這樣就無法作客觀性的分析。由於我們無從確定動物（和植物）中究竟哪一些有意圖或意識，因而使用這些詞並無助於分析，說實在的，卻只能使分析更加困難。為了解決這一類的心理學問題有賴於按我們對進化的新理解對意圖或意識重新制定概念。
2．5 生物有機體的特徵
自然界的物體為什麼有一些是有生命的而另一些是無生命的，生物有機體具有哪些特性，這樣的問題古人早就提出過。自從伊壁塢魯學派和亞里斯多德直到這個世紀的早期對生命現象一直有兩種相反的解釋。按照機械論一派的觀點，有機體不是別的，只是機械裝置，它的運行可用力學，物理學和化學定律來解釋。十七、十八世紀的不小機械論者看不出一塊岩石和一個生物有機體之間有什麼重大區別。它們豈不都具有同樣的性質——引力、慣性、溫度等等，並遵從相同的物理學定律？當牛頓以純粹數學方式提出引力定律以後，其信徒中有很多人假定有一種不可一見而又是嚴格的物質性引力以解釋行星運動和地球引力。當時有些生物學家也盲目地援引一種同樣物質性和同樣不可見的力（活力）來解釋生命活動。
但是後來的學者們認為這樣一種活力是超越化學物理定律的。因而他們追隨著自亞里斯多德以及其它古代哲學家以來的傳統。這活力論學派與機械論學派相反，認為生物有機體中的一些過程並不遵從化學和物理學定律。活力論一直到20世紀仍有其代表人物，其中最後的一位是胚胎學家Hans Driesch。但是到了20世紀二、三十年代生物學家幾乎普遍地否定了活力論，主要原因有兩個。首先，因為活力論依賴的是一種還不清楚的、甚或是不可知的原動力，因而實際上脫離了科學範疇；第二，因為最終有可能用化學和物理學來解釋一切現象，而就活方論者看來這些現象「需要」一種活力論的解釋。公正地說，五十多年以來生物學家已將活力論看作是已經死亡的東西。奇怪的是在這段時間裡居然還有一些物理學家和哲學家死死地抱住它不放。
對活力論的摒棄之所以可能是由於同時排斥了「動物不過是一些機器」的庸俗概念。和康德在其晚年一樣，大多數生物學家認識到生物和非生物是不同的，其區別不能用假定某種活力來解釋，而是要通過對機械論學說的徹底修正來闡明。這樣的新學說首先就得承認生物有機體的功能、過程和活動沒有一樣是和物理學及化學定律相衝突的或超然其外的。一切生物學家都是徹底的「唯物論者」，也就是說他們不承認超自然的或非物質的力量而只承認物理-化學力量。然而他們並不接受17世紀幼稚的機械論解釋，也不同意動物「不過是機器」的觀點。機體生物學家（organismic biologists）強調有機體具有非生物體所不具備的許多特性。物理科學的解釋本領不足以解釋複雜的生命系統，特別是在由歷史所獲得的信息與這些遺傳程序對物理世界的反應之間交互作用的方面。生命現象具有比用物理學和化學所研究的相當簡單的現象更廣闊的範圍。這就是為什麼絕不可能把生物學包括在物理學之內，正如不能將物理學包括在幾何之內一樣。
過去一再試圖為「生命」下個定義。這種努力是完全無效的，因為現在已很清楚，沒有任何特殊的物質、物體或力量可以和生命等同。然而生命的過程卻是能下定義的。毫無疑問，活的有機體具有某些特性是無生命物體所不具備的或者是以不同的方式表現。不同的學者各自強調不同的特性，然而我從文獻中卻找不到一份合適的列舉這些特性的一覽表。下面我所列出的生物有機體特性很可能既不完整又顯累贅，但是由於缺乏更完善的表述，所以還是可以把它用來闡明生物和非生物在性質的類別上有什麼不同。
複雜性和組織性（Complexity and Organization）
複雜性本身並不是有機系統（生物）與無機系統（非生物）的根本區別之一——既有極其複雜的無生命系統（如氣象系統的氣團或銀河），也有少數相當簡單的有機系統（如生物高分子）。系統的複雜程度可以各式各樣，但一般來說生命系統的複雜性要遠遠超過無生命系統。Simon（1962）給複雜系統下的定義是：「整體大於部公之和，這並不是就最終的、形而上學抽像的意義而是就重要的，實用意義來說。知道了部分的性質及其互相作用的規律，要推斷出整體的性質決不是輕而易舉的事。」我同意這個定義，並認為我們可以仍舊將一些相當簡單的系統，如太陽系，看作是複雜系統（即使我們能夠成功地解釋其複雜性）。生物系統的每個層次都有其本身的複雜性，從細胞核（包括它的DNA程序，到細胞，到任一器官系統如腎臟、肝臟或腦組織），到個體、生態系統、或社會。生物系統一律具有精巧的反饋機制，其精確性和複雜性是在任何非生物系統中都未見到的。這些反饋機制對外界刺激有反應能力，能調節代謝作用（能量的聚集與釋放），並具有控制生長、分化的能力。
生物系統的複雜性並不是混亂無章而是高度組織化的。有機體的多數結構如果沒有機體其它部分的配合將毫無價值，毫不起作用：翼、腿、頭、腎等只能作為整體的部分，否則便無法生存。因此，一切部分都有適應意義而且能夠進行程序目的性活動。部分之間的這種互相適應在無生命界是沒有的。亞里斯多德已經覺察到部分的互相適應功能（co－adapted function），他曾講過「由於每一個器件和每一個身體組成部分服務於某一局部目的，也就是說服務於某一專業分工，所以整個身體就被注定必須照料全面活動」（《動物解剖》De Partibus，1．5645a 10－15）。
化學上的獨特性
生物有機體是由具有極其特殊性質的高分子組成。例如這些高分子物質中的核酸能被轉譯成為多□；□是代謝過程中的催化劑；磷酸化合物傳遞能量；脂質則是膜的成份。很多這樣的高分子是如此特殊並只能獨特地執行一種特別功能（如光感受過程中的視紫紅質），每當需要這種特別功能時它們就在動物界和植物界出現。這些有機高分子在原則上和其它分子並沒有不同，然而它們卻比無機界物質的正常成分小分子量的分子複雜得多。分子量較大的有機高分子一般並不存在於無生命物質中。
性質（Quality）
物理世界是數量（牛頓運動和力）和質量作用的世界。對比之下，生命世界可以看作是（性）質的世界。個體差異、聯絡系統、貯存信息、高分子的特性、生態系統的互相作用以及生物有機體的許多其它方面都是性質佔優勢。人們可以把這些性質方面的東西轉換成以量來表示，但這樣一來就會失去生物現象的真正意義，就正像要將名畫家Rembrandt的畫用畫面上反射出的主要色彩的波長來描述一樣。與此相仿，在生物學史上有很多歡將性質上的生物學現象轉換成數學語言的勇敢嘗試，由於脫離了真實，最後都以失敗告終。早期如Galen，Paracelsus及van Helmont等雖然努力於強調性質的重要性，但由於選擇了錯誤的參數也遭到失敗，不過這卻是朝正確方向邁出的第一步。數量觀點的擁護者認為承認（性）質就是非科學的，或至多也只是純描述性的和分類性的。他們的這種偏見正好反映了他們對生物學現象本質的無知。（數）量化在生物學的很多領域中是重要的，但這種重要性並不能被抬高到排斥一切與性質有關的各個方面。
上述的這些在表示關係的現象中特別重要，而這正是生物界的主導現象。種、分類、生態系統、聯絡行為、控制以及幾乎其它一切生物學過程都涉及到相互之間的關係。這些現象在大多情況下只能定性地加以表示而不能是定量的。
獨特性和變異性
在生物學中很少討論由完全相同的物體組成的門類，幾乎總是研究由獨特個體構成的種群。這對等級結構的每一層次、從細胞到生態系統都是如此。很多生物現象（特別是種群現象）的特點是具有很高的變異性。進化的進度或物種形成的速度彼此之間可以相差三個到五個數量級，這樣的變異程度在物理現象中是極為罕見的。
物理科學中的實體（比如原子或基本粒子）具有固定不變的特性，而生物學中的實體的特點卻是可變性。例如細胞就不斷地改變其性質，個體也是如此。每個個體從出生到死亡都要經歷劇烈的變化，也就是說從原來的合子（受精卵），經少年期、成年，衰老直到死亡。除了放射性衰變，高度複雜系統（如墨西哥灣暖流及氣候系統）的行為以及天體物理學中的某些還說不清的類似情況而外，在非生物界中這樣的變化也是沒有的。
具有遺傳程序
一切生物有機體都具有歷史地形成的遺傳程序，這程序編碼在合子的DNA中（某些病毒則編碼在RNA中）。在非生物界中也沒有類似的程序存在（人造的計算機除外）。遺傳程序的出現賦予有機體一種特殊的兩重性，即表現型與遺傳型（參見第十六章 ）。必須特別強調這程序的兩個方面：首先，它是歷史的產物，這歷史要追溯到生命起源，因而它汲取了一切祖先的「經驗」（DelbrhCk，1949）其次，它賦予生物有機體進行程序目的性過程和活動的能力，非生物界則完全缺乏這種能力。除了生命起源的朦朧區以外，是否具有遺傳程序這一點就為生物有機體與非生物體之間的絕對區別提供了依據。
遺傳程序的一個特點是它能指導它本身以及其他生命系統（如細胞器、細胞和整個有機體）的精確複製。在非生物界中就完全沒有類似的情況。在複製中可能發生偶然性錯誤（例如，一萬或十萬次複製中發生一次錯誤）。一旦發生了這樣的突變，它就被固定在遺傳程序之中成為生物體的新特徵。突變是一切遺傳變異的主要根源。
關於遺傳程序的本廚只是在本世紀50年代分子生物學闡明瞭DNA的結構以後才被充分認識。然而古代人已經感到一定有什麼東西在指導著將原材料組建成成型的生物體。德爾布呂克（1971）就曾正確地指出，亞里斯多德提到的eidos（雖然因為看不見而被看作是非物質的）在概念上就和現代發育生理學家的個體發育程序完全相同。布豐的「內部模式」（moule interieure）也是類似的指令裝置。然而只有等到計算機科學興起之後這樣的程序概念才得到重視。特別重要的是遺傳程序在傳出指令時本身並不改變。整個程序概念是如此新奇以致還有很多哲學家拒不接受。
歷史性性質
成於有了由繼承而來的遺傳程序，生物的門類便主要不是按相似性而是按共同祖先來劃分，也就是說按由共同歷史所形成的一整套共性來劃分。因此邏輯學家所採用的分類的許多標準對物種或更高級的分類單位是完全不適用的，對個體發生的細胞譜系（cell lineages）則更是如此。換句話說，生物學家的「綱」和邏輯學家的「門類」是不相同的。在很多定義性的爭論中這一點必須牢牢記住，尤其是在討論種的分類時更應如此。
自然選擇
自然選擇就是在適應優勢上有特殊差異的生物個體的差別繁殖，在非生物界的變化過程中根本沒有類似的現象。考慮到自然選擇直到目前依然往往引起誤解，所以值得把賴特（SewallWright）的精闢見解引述如下：「達爾文的隨機與選擇兩種過程不斷地相互作用的自然選擇並不是單純機遇和單純決定論之間的。第三者，而且就其結果來說在性質上與兩者完全不同」。
自然選擇過程（最低限度就有性生殖的物種而言）進而又以重組為特徵，在每一世代組成新的基因庫，因此就為下一世代盼選擇進程提供了新的、不可預側的開端。
不確定性（Indeteminacy）
在生物學家和哲學家之間關於物理過程和生物過程究竟在確定性和可預測性上有無差別這個問題上有過長期爭論。遺憾的是它在認識論和本體論方面一貫混淆不清，從而掩蓋了問題的實質。
「預測」（Prediction）這個詞在物理學和生物學中被分別用來表示完全不同的意思。當科學哲學家談到預測時，指的是邏輯預測，即個別觀察與某一學說或科學定律是否相符。例如達爾文的共同祖先學說使得海克爾能夠預言人與猿之間「缺失的環節」（missing links）將會在化石記錄中發現。學說是否正確由它所容許的預測來檢驗。由於物理科學在很大程度上較之生物學更是一個由學說構成的系統，所以預測在物理科學中的作用比在生物學中更重要。
預測在日常用語中是指從現在推斷將來，它涉及事態的順序，這是「臨時性預測」（temporal prediction）。在嚴格的確定性物理定律中絕對的臨時預測往往是可能的，例如對日、月蝕的預測。在生物科學中臨時性預測則極少可能。某個家庭中下一個小孩的性別就不能預測。沒有人能夠在白堊紀開始時就能預測到欣欣向榮的恐龍群將會在這一地質時代的末期完全滅絕。一般說來，生物學中的預測比物理科學中的具有更多的機率性。
預測有兩類，這一點在討論因果關係及其解釋時必須牢牢記住。G．Bergmann曾將對因果關係的解釋定義為「當某一系統的目前狀態已經知道，由於某一自然規律的緣故容許預測該系統的未來狀態。」實質上這就是重複眾所周知的拉普拉斯的吹噓。這種議論已被Scriven（1959：477）駁斥過，他認為（臨時性）預測並不是因果的一部分，而且「每當對因果關係的解釋不能預測問題所涉及的事態時，不能認為這些解釋就是無效的。」
生物學中，特別是在進化生物學中，解釋一般與歷史性敘述有關。早在1909年Baldwin就曾提出了兩點理由說明為什麼生物學事態往往總是不能預測的：首先是由於生物系統的高度複雜性，其次是在等級結構的較高層次常常冒出一些未曾料到的新奇事物。我自己還能想到其它一些因素。所有這些因素中有一些可以看作是本體論的不確定性，另一些則是認識論上的。就「後驗」的意義來理解，這些因素並不削弱因果關係原則。
下面就是我想到的幾種因素。
與事態的意義有關的事態隨機性。由於DNA的複製錯誤引起的自發突變能充分地說明不確定性的這一原因。就這個例子而言，在分子事態與潛在意義之間並沒有聯繫。像交換、染色體分離、配子選擇、配偶選擇、存活等這樣一些事態也是如此。與這些過程有關的分子現象和機械運動都和它們的生物效應無關。
獨特性。獨特事態的性質或新產生的獨特實體的性質是無法預測的（見上）。
隨機性干擾的程度。舉一個例子來說明這一因素的影響或效應。假設某一物種由一百萬個不同的獨特個體構成。每一個個體都有機會被敵害消滅，被病原體致死，遭遇天氣災害，營養不良，尋找不到配偶，後代在能生育之前死亡等等。這些都是決定能否順利繁殖的無數因素中的幾個因素。究竟其中哪一個因素將起作用則取決於高度易變、獨特而又無從預測的環境條件，因此我們面臨的是兩個高度易變的系統（獨特的個體和獨特的環境條件）彼此互相作用。在很大程度上機遇決定它們怎樣互相嚙合在一起。
複雜性。每個生物有機體的反饋機制、穩態機制及潛在的多種代謝途徑是如此之多，要完全加以闡述是不可能的，因而預測其運行情況也是不可能的。此外，對這樣一種複雜的系統加以分析就必然要毀壞它，這樣一來就不可能完成分析的任務。
在等級結構的各個層次上突現出新的無法預料的性質（這在後面還要詳細討論）。
上述的八種特性，連同下面討論還原論時將提到的另一特性，都清楚地表明生物有機體和非生物體是完全不同的。然而這些特性中的任何一種與對世界作嚴格機械論的解釋卻又並不矛盾。
2．6 還原論與生物學
生物有機體由於具有上述八種特性因而有人主張生物科學應當是一門獨立自主的科學。這種主張對許多物理科學家和物理科學的哲學家來說是相當陌生的，他們堅持認為生物世界的外觀上的獨立性並不存在，生物學的一切學說至少在原則上都可以還原或簡化為物理學的學說。他們聲稱只有這樣才能維護科學的完整與統一。
這種認為還原論（reductionism）才是唯一合理處理科學之間關係的辦法的立論，還往往得到這樣一種主張的支持，即若不是還原論便必然是活力論。事實並非如此。雖然過去有一些反還原論者確實是活力論者，但是幾乎一切近代反還原論者都堅決否定活力論。
實際上「還原」（reduce）這個詞的涵義非常含混不清。會閱讀還原論者的著作時就會發現它至少被用來表示三種不同的意義（Dobzhansky and Ayala ，1974;Hull，1973b;Schaffner，1969;Nagel，1961）。
組成性還原論（constitutive reductionism）
組成性還原論認為生物有機體和無機物的物質組成完全相同。另外，它還認為生物界的事態和過程和原子、分子層次的物理一化學現象也完全沒有矛盾。這些意見現代生物學家都接受。無機物和生物體Z間的區別不在於組成物質而在於生物體（生物系統）的組織結構。因此組成性還原論是無可爭議的。幾乎所有的生物學家都採納組成性還原論的這些論點，並且在過去兩百多年中也是這樣做的（活力論者除外）。承認組成性還原論擔否定其他形式的還原論就不是活力論者，儘管有一些哲學家並不這樣看。
用目性還原論（6Xpl＆D8toty F6dUCtIOfllsffi）
這種還原論主張要認識瞭解整體就必須將之分解為其組成部分，而且還要進一步將這些組成部分再分解為它們的組成部分，一直到等級結構的最低層次。在生物學現象中這就意味著要將一切一現象的研究還原到分子水平，也就是說「分子生物學就是生物學的一切。」這樣的解釋性還原論有的時候確實很能說明問題。例如基因的功能一直到華生及克裡克解決了DNA的結構問題後才清楚。同樣，器官的功能一般也是在細胞水平的分子過程得到闡明後才能充分理解。
然而解釋性還原論也有很多的嚴格限制。其中之一是等級結構的較高層次的過程往往大多和較低層次的過程無關。較低層次的單元可能整合得非常完善從而作為較高層次的單元發揮作用。例如骨關節的功能就可以不用瞭解軟骨的化學組成就能加以說明。另外，在現代外科手術中可以用塑料代替骨關節的表面來完全恢復骨關節的正常功能。將某個功能系統分解成其組成部分在很多情況下可能對解釋問題是有利的，然而在另外的許多情況下這樣做卻可能是不利的或最低限度是不恰當的。輕易地運用解釋性還原論，在生物學史中往往是弊大於利。例如早期的細胞學說將生物有機體解釋為「細胞的聚集體。」早期的種群遺傳學將遺傳型（基因型）看作是具有恆定適合值（constant－fitness value）的獨立基因聚集體。
極端的分解（分析）還原論是失敗的，因為它對一個複雜系統的組成成分之間的相互作用未予重視。一個孤立的組成成分，幾乎毫無例外地具有與作為整體一部分的組成成分不相同的特性，當分離後它就不再顯示組成成分之間的相互作用。Rene Dubos（1965：337）曾很出色地談到為什麼原子化處理方法（atomized approach）完全不適用於複雜系統：「在最普遍或許最重要的生命現象中，組成部分是如此地互相依存，一旦與功能整體分離它們便喪失了它自身的特性和意義，實際上也就否定了自身的。存在。為了研究複雜組織系統的問題，就必須研究多個相互關聯的系統協調整合發揮作用的問題。」
對解釋性還原論作批判性的探討所得出的最重要結論是，等級結構或系統的較低層次只能為較高層次的性質或過程提供有限的資料或信息。正像物理學家P．W．Anderson（1972:393∼396）曾經說過的那樣：「基本粒子物理學家就基本定律向我們介紹得越多，則它們對科學中其它方面的實際問題就似乎越發不沾邊，更不用說對社會問題了。」另外，把「還原」這個詞當作某種分析方法來用就更是錯誤的。
對複雜的生物系統進行分析研究還可以通過很多其它的途徑辦到。例如動物遺傳學起初是用馬、牛、狗以及其它大哺乳動物作實驗材料。後來遺傳學家轉而運用鳥類和不同的齧齒類動物。為了能取得在一年之中有更多世代的動物或更簡單的遺傳系統，1910年以後在很多遺傳實驗室中又用黃果蠅或其他果蠅代替齧齒動物。隨後在30年代改用脈孢菌或其它真菌（酵母菌）。最後，在分子遺傳學中則使用細菌（如大腸桿菌）及各種病毒。遺傳實驗材料的選擇除了世代時間短（在一定時間內世代多）而外還力求發現盡可能簡單的遺傳系統，以由之推論更複雜的系統。一般說來這種願望已然實現，但是最終發現原核生物（細菌）與病毒的遺傳系統和真核生物的並不能完全相比，真核生物的遺傳物質被組織成複雜的染色體而前兩者則不是。因此，簡化必須十分謹慎。常有這樣的危險情況，將其轉移到某一系統，簡單是的確簡單了，但已變得十分不同因而再也無法比較。
學說還原論（theory reductionism）
這種還原論主張在某一科學領域（一般是更複雜的領域或在等級結構較高層次）中所形成的學說和定律可以看作是在另一學科領域所形成的學說和定律的特殊情況或事例。如果這種主張取得勝利，則在某些科學哲學家的奇怪語言中就成了科學的某個部門被「還原」成另一個科學部門。舉一個特殊例子，當生物學的術語按物理學下定義，而且生物學定律由物理學定律演繹而成，則生物學就被還原成為物理學了。
在物理科學中這種學說性還原論一再試圖得逞，但按波普爾（1974）的研究，這種企圖從未完全成功。我從未發現生物學說被還原成物理一化學學說。在DNA、RNA的結構以及某些□被發現後，有人聲稱遺傳學已被還原成為化學的說法是站不住腳的。在傳統的遺傳學說中確實有不少弄不清的黑箱的化學本質已逐漸闡明，但這絲毫也沒有影響遺傳學說的性質。這也就是說，通過化學分析彌補了傳統遺傳學說的不足的確是可喜的事，但一點也不能說遺傳學就此被還原成了化學。遺傳學的一些基本概念，如基因、基因型（遺傳型）、突變、二倍體、雜合性、分離、重組等等，根本就不是化學概念，在化學教科書中也根本無法找到。
學說性還原論由於混淆了過程和概念因而是錯誤的。Beckner（1974）曾指出，減數分裂，原腸胚形成，捕食等這樣一些生物學過程雖然也是化學和物理學過程，但它們畢竟是生物學概念，絕不能還原成物理一化學概念。
此外，任何業已適應的結構都是選擇的結果，這又是一個不能用嚴格的物理-化學詞彙來表述的概念。
學說性還原論之所以是錯誤的還由於它沒有考慮到同一事態在不同的概念結構中具有完全不同的意義。例如求偶現象既可以完全按物理科學的語言和概念結構加以描述（如行動、能量轉化、代謝過程等等），也可以用行為學或生殖生物學的概念結構來表達。對生物有機體有關的許多事態、性質、關係和過程等等也是如此。種、競爭、領域、遷移、冬眠等等這樣一些有機體現象完全按物理學概念加以敘述至多也是不完備的，更何況和生物學往往毫不相干。
以上對還原論的討論可以歸納起來這樣說：對任何系統進行分析是一種重要的研究方法，然而試圖將純粹的生物學現象或概念「還原」為物理科學的定律的作法即使能促進認識的發展但也極為罕見。還原論充其量也只不過是一種空洞無意義的觀點，更何況它往往引起極大的誤解。下面即將討論的突現現象，就能充分說明這個問題。
2．7 突現（Emergence）
系統幾乎一直有這樣的特點，即整體（總體）的特徵不可能（理論上也如此）由構成整體的部分來推斷，即使對每一部分或其局部不完全的組合的特性已完全研究清楚也是如此。整體中新特徵的顯露稱為突現。『突現往往用於解釋生命、意志、意識等等複雜現象。實際上突現也同樣可沿用於無機系統。早在1868年T．H．赫晉黎就曾提到水的特性——「水性」——就無法從我們對氫和氧的性質的瞭解推論出來。Lloyd Morgan（1894）對突現的重要意義非常重視。他認為，毫無疑問「在組織結構的不同層次上，物質的組合配置顯示出新的出人意料的現象，其中包括最引人注意的適應機制。」突現是很普遍的，Popper（1974：:281）曾經說過：「我們生活在突現的新奇事物的宇宙中。」突現是一個描述性概念，它和分析（分解）看來是不相容的，特別是在比較複雜的系統中更是如此。只是簡單地說一說（過去就是這樣做的）突現是由複雜性引起的，當然並不是一種確切的解釋。整體的最值得注意的兩個特徵可能是（1）它們反過來又可一以作為系統更高層次的組成部分；（2）它們能夠影響較低層次組分的性質。後一現象有時被稱為「下行原因」（downward causation）（CamPbell，1974：182）。突現論（emergentism）是徹底的唯物主義哲學，誰若否定它就勢必要對物質學說採取泛心論（萬有精神論，Pan－psychism）或物活論（萬物有生論，hylozoism）的觀點。
有兩種反對突現論的錯誤主張必須駁斥。頭一種是認為突現論者就是活力論者。這種看法對19世紀和20世紀早期的某些突現論者來說確實是恰當的，但對現代的突現論者就不合適，因為他們都毫無保留地接受組成性還原論，因而就不是活力論者。第二種主張認為有一部分突現論者提出有機體只能作整體研究，任何進一步分解（分析）都不可行。或許有某些整體論者（holists）曾經這樣講過，但是這種觀點和百分之九十九的突現論者是相反看。所有的突現論者都認為解釋性還原論並不完善，因為在等級系統中複雜性較高的層次顯露出新的、事前不能預測的特徵。由於每個層次都具有較低層次所不具有的性質，因此，對複雜系統的研究必須在每個層次上進行。
近來有些學者由於「突現」這詞多少具有形而上學色彩而棄置不用。辛普森（1964b）認為它屬於「結構性」方法，洛蘭茨（1973）則將之歸於閃爍出現，並不穩定。然而很多學者目前都採用「突現」這個術語，它和「選擇」這個詞一樣，在使用過程中已經消除了活力論和目的論的涵義而得到「淨化」，所以我認為沒有理由不採用它。
生命系統的等級結構
複雜系統往往具有等級結構（Simon，1962），某一層次上的實體組合成為次一較高層次的新實體，如細胞組成組織，組織構成器官，器官組成系統。非生物界也有等級結構，例如基本粒子，原子，分子，晶體等等，然而等級結構只是在生命系統中才具有特別重要的意義。Pattee（1973）認為生物學中的一切問題，特別是和突現有關的（見下文），最終都是等級結構的問題。
雖然等級結構已引起普遍興趣，但是我們對它的種類以及每一種的特性卻並不十分清楚。在生物學中顯然有兩類等級結構。一類是組成性等級結構（constitutivehierarchies），例如各種高分子、細胞器、細胞、組織、器官等等。在這樣的等級結構中較低層次的成分，例如組織，組合成新的單位（器官），這新的單位具有單一的功能和突現的性質。組成性等級結構的形成是生物有機體最重要特徵之一。在每一層次都有其本身的問題，有待解決的疑難以及各種各樣的學說。這些層次中的每個層次構成了生物學的單獨學科：分子——分子生物學，細胞——細胞學，組織——組織學等等，直到生物地理學和生態學。辨別這些等級層次在傳統上就成為將生物學劃分為學科領域的一種方式。學者們根據自己的興趣投身於不同層次的研究。分子生物學家對功能形態學者或動物地理學家的研究課題一點也不感興趣是很自然的，反之亦然。對從事某一特定層次研究工作的學者來說，其他層次的問題和發現通常是和他毫不相干。要充分認識生命現象就必須對各個層次進行研究，然而正如前面所指出，較低層次的研究發現對解決較高層次所提出的問題一般並沒有什麼幫助。一位著名的、獲得諾貝爾獎的生物化學家曾經說過：「生物學只有一種，那就是分子生物學。」這只能表明他對生物學無知。
由於生物系統的正常運轉需要有這麼多的組成部分參與，因而對一位從事研究的科學家來說在目前條件下如何選擇哪一個層次進行研究將能對瞭解生命系統作出最大貢獻就是一個戰略抉擇和興趣問題。這也包括捨棄某些未揭開的黑箱在內。
另一類完全不同的等級結構可以姑且定名為集聚性等級結構（aggtegstiolllhiCfstChy）。最為人所熟知的範例就是林奈分類範疇的等級結構。由種經屬、科、直到門、界。這完全是為了方便所作的安排。在這樣的等級結構中，較低層次的單位——例如屬下的種，或科下的屬——並沒有經由任何相互作用組合成突現的新的較高層次作為一個整體。它只是由分類學家將分類群按高低等級排列而成。這種說法的正確性並不會由於（自然的）較高分類群中的所有成員都是一個共同祖先的後代這一事實而削弱。將分類範疇校等級排定的這種等級結構基本上只是一種分類手段或策略。
除此而外，我不知道是否還有其它種類的等級結構。
整體論-機體論（Holism-Organscism）
從亞里斯多德開始，許多遠見卓識的生物學家對完全按還原論觀點看待生物學問題一直不滿意。其中大多數生物學家只是強調整體，也就是系統的集成（整合）。另一些學者則求助於形而上學的力量來規避科學解釋。直到20世紀「活力論」一直受寵。當Smats（1926）提倡採用「整體論」這個術語來表示整體大於部分之和時，這個術語本來是很合式的，然而卻不幸地從一開始就被他賦予了活力論觀點。「機體論」這個術語似乎是由Ritter（1919）首先創用，現在已廣泛流行（Beckner，1974：163）。Bertalanffy（1952）曾列舉了三十多位贊同整體論一機體論觀點的著名學者來說明這種情況。這個名單並不完整，其中甚至還不包括Lloyd Morgan，Jan Smuts，J.S.Haldane。由Francois Jacob（1970）提出的「集成體」（「整合體」，integron）概念雖然引起了很多爭論，然而卻是對機體論思想的支持。
和多少具有「活力論」觀點的早期「整體論」不同，近代的「整體論」是徹底唯物主義的。它強調較高等級層次的單位大於其部分之和，因此將整體分解為它的組成部分總會遺留下未分解的殘存物，換句話說，那就是說解釋性還原論不能說明問題。更重要的是「整體論」還強調了每個層次的問題和學說的獨立自主性，最終就必然是生物學作為一個整體的獨立自主性。科學的哲學再也不能忽視生物學的機體論概念，而仍將之看作是活力論因而屬於形而上學。科學的哲學若仍然囿於在非生物世界所觀察到的事物就是十分可悲的。
許多科學家集中精力於孤立事物和孤立過程的研究，好像它們是存在於真空之中。「整體論」的最重要方面可能是它著重於關係（relationships）。我總感到自己對關係沒有予以足夠的重視。這就是為什麼我把物種概念稱為關係（性）概念，為什麼我研究遺傳革命（1954）和遺傳型的內聚性（1975）——這兩者所研究的都是關係（性）現象。我對豆袋遺傳學的非難（1959d）也是基於同一原因。
其它的人也有同樣感受。畫家Georses Braque（1882-1963）曾聲稱：「我不相信細節，我只相信它們的關係。」當然，愛因斯坦的全部「相對論」就是奠基於對關係的考慮之上。當討論在不同的遺傳環境中，基因的選擇值（selective value）也隨之變化時，我曾開玩笑地將這一概念稱之為基因相對論。
2．8 生物學的概念結構
在將生物學和物理科學加以比較時，我一直把生物學當作是一門同質的科學（homogenous science）來看待。這種看法是不對的。實際上生物學按幾種重要方式被分成幾類和異質化了。幾千年來生物學現象一直被分為兩類：醫學（生理學）和博物學。這實際上是一種頗有遠見的劃分，遠比隨後為方便起見分作動物學、植物學、真菌學、細胞學、遺傳學等等更有見識。因為生物學可分為研究近期原因（Proximate causes），即生理科學（廣義的）的主題；和研究終極（進化）原因，即博物學的內容（Mars1961）。
什麼是近期和終極原因？這最好是用具體例子來說明。為什麼北美溫帶的某種鳴禽在八月二十五日的夜間開始南飛？這一現象的近期原因是這種鳴禽屬於對光週期敏感的候鳥，它之所以在特定的時間起飛則是由於白晝的長短已降低到某一閾值，它在生理上已作好遷移的準備；並且由於氣候條件（風，溫度，氣壓）有利於當夜南飛。然而棲息在同一林帶，晝長同樣縮短，氣候條件相同地區的梟（貓頭鷹）及□（五十雀）卻並不南遷；實際上這兩種鳥由於缺乏遷徒的衝動或願望成年地留在那個地區。那末，很明顯候鳥與留鳥之間的差異必然有另外完全不同的原因。這就是經歷了億萬年進化過程的自然選擇所獲得的遺傳型。這遺傳型決定了哪些種群或種是候鳥，哪些不是候鳥。某些捕食昆蟲的鳴禽經過自然選擇成為候鳥，否則在冬天就會餓死。其它種類的鳥由於在整個冬天都能找到食物，經過自然選擇避免了危險的遷徙，對這些鳥類本身來說，遷徙也是不必要的。
舉另外一個例子，性二形性（sexual dimorphism）的近期原因可能是激素的或某些遺傳性生長因素的作用，而其終極原因則可能是性選擇或食物生境差別利用的選擇優勢（selective advantage）。總之，任何生物學現象都目源於這兩類不同的原因。
近期-終極這術語的起源還不很清楚。斯賓塞和GeorgeRomanes曾經很含糊地用過它們，然而首先明確地區別近期與終極原因涵義的則顯然是John Baker。終極原因是說明某一特定遺傳程序進化（選擇）的原因，而近期原因則負責（姑且這樣說）對應於當時環境刺激的貯存遺傳信息的發放。「因此在繁殖季節（一定月份中）幼小動物的食物（昆蟲）豐富程度就是終極原因，而白晝的長短則是其近期原因」（Baker，1938：162）。
涉及兩種原因的兩類生物學是完全獨立的。近期原因和有機體及其組成部分的功能和發育有關，包括從功能形態學到生物化學。進化的，歷史的或終極原因則企圖說明為什麼某一生物有機體是現在這種樣子。和無機物對比，有機體因為具有遺傳程序所以有兩種不同的原因。近期原因和某一生物個體遺傳程序的解碼有關，進化（終極）原因和遺傳程序經歷時間發生變化以及這些變化的緣由有關。
功能生物學家非常注意結構元件的運行和相互作用，從分子到器官一直到整個個體。他一再重複的問題是「怎樣」（「如何」？How）？它是怎樣運轉的？是怎樣發揮作用的？研究骨關節的功能解剖學家和研究遺傳信息傳遞中DNA分子功能的分子生物學家都同樣運用這種方法。功能生物學家力求將他所研究的特定組成部分孤立起來，在研究中他通常是研究一個單獨的個體、單個器官、單個細胞、或細胞中的單個部分。他試圖消除和控制一切變數，在恆定或變化條件下重複試驗直到他認為己弄清了所研究的組成元件的功能為止。功能生物學家的主要技術方法就是實驗，和物理學家、化學家的步驟基本相同。將所研究的現象從有機體的複雜體系中分離出來確實能達到純粹物理或純粹化學實驗的目標。雖然這種方法有一定的局限性，但必須同意功能生物學家的這樣一種看法，即這種簡化處理是達到他們的特殊目標所絕對必需的。生物化學和生物物理研究的引人注目的成果充分論證了這種直接的、雖則明顯簡單化的處理的合理性（Mayr．1961）。對干自哈維到伯爾納以至到分子生物學的功能生物學的成就與方法學方面也是無可爭議的。
每種有機體，無論是一個個體還是一個物種都是悠久歷史的產物，這歷史可以回溯到3of乙年前。正像德爾布呂克（1949）所說的那樣：「當一位成熟的物理學家初次和生物學問題打交道時，他會對生物學中沒有任何「絕對現象」的情況而傷透腦筋，迷惑不解。生物學中每件事物都由時間和空間制約著。他所研究的動物、植物或微生物僅僅不過是形式變化了的進化鏈條中的一個環節，它們之中的任何一個從來也沒有永恆的合理性。」
除非襯托著這種歷史背景來研究，否則對有機體的任何結構或功能都將無法充分認識。探索有機體的現存性狀，特別是適應的原因是進化生物學家的主要任務。進化生物學家對千姿百態的多樣性以及達到這種多樣性的途徑印象極深。他研究是什麼力量使得動物和植物發生變化（其中有一部分由古生物學記載了下來）。他還研究導致奧妙無窮的適應的各個步驟，而這正是生物界各個方面的特徵。
進化生物學中幾乎所有的現象和過程都是通過基於比較方法的推論來解釋。而這些又只有經由非常詳盡仔細的描述性研究才有可能成功。對於進化生物學方法論的如此重要的組成部分描述性研究往往被忽視。達爾文、魏斯曼、壬席、辛普森、Jordan、Whitman等人的概念性突破如果沒有描述性研究作堅實基礎並在此基礎上建立他們的概念結構，這種突破是完全不可能的。博物學在其早期必然是純粹描述性的，早期的解剖學也如此。十八世紀和十九世紀早期系統學家對自然界多樣性進行分類的努力就已經超越了單純的描述。1859年達爾文的《物種起源》出版以後進化生物學獨立成為合法的生物學分支就再也沒有疑問了。
功能生物學常被看作是定量科學；與此對照，進化生物學在很多情況下可以合理地稱之為定性的學科。「定性」這個詞是在科學革命時代的反亞里斯多德時期中作為貶義詞使用的。儘管經過萊布尼茨以及其它許多具有遠見的學者的努力，這貶義仍然一直延續到達爾文學說革命時期。在達爾文學說革命的衝擊下社會的知識文化氣氛發生了轉變，從而促進了進化生物學的發展。
這一革命並不是立刻就取得了勝利。很多物理學家和功能生物學家一直不理解進化生物學的特殊性質和意義。Driesch在他三十年代寫的自傳中曾經不無自得地提到生物學教授的職位「目前只頒發給實驗學者。系統學的問題已經完全退居幕後。」他根本忽視了進化生物學的存在。這種態度在當時的實驗生物學家中相當普遍。
海克爾可能是第一位生物學家站出來堅決反對一切科學都必須像物理科學那樣以數學為基礎的觀念。他堅決認為進化生物學是一門歷史性科學。他曾說過，胚胎學，古生物學以及種系發生史等就更不待言的是歷史性科學，我們現在也許可以用「由歷史形成的遺傳程序所控制以及遺傳程序在時間上的歷史變化」這樣的詞句來代替「歷史性的」。遺憾的是，這種觀點並沒有被更多的人接受。Baldwin在1909年曾指出由於接受了達爾文主義的觀點，生物學家的思想發生了多麼大的變化。最後他寫道。「物理科學和力學定律對科學和哲學思想的統治在二十世紀開始的今天已經宣告結束。」他的這種樂觀主義並沒有實現，因為現在仍然有許多哲學家在著書立說時就好像達爾文從來就不存在，進化生物學並不是科學似的。
歷史性敘述與進化生物學
科學的哲學在其發展初期深深植根於物理學、特別是力學的基礎之上。在這些學科中任何過程和事件都可看作是特定定律的結果，預測和原因是對稱的。與此對映，與歷史有關的科學現象就和這種概念不符。物理學家Hermann Bondi（1977：6）曾正確指出：「關於太陽系起源、地球上生命起源以及宇宙起源的各種學說就具有特別的性質（與物理學的傳統學說相比較而言），這種特別的性質在於試圖闡述的是在某種意義上獨特的事件。」獨特性的確是進化歷史中任何事件的突出特徵。
因此，有一些科學哲學家主張在進化生物學中不是由學說來提供說明而是由「歷史性敘述」作出解釋。T．A．Goudge（1961：65-79）曾經講過：「當討論到生命歷史中特別重要的獨一無二的事件時，進化論就需要敘述性解釋…。敘述性解釋的構成並不涉及任何定律。…每當進化過程中的某一事件需要作敘述性解釋時，這一事件就不是某一類（群）中的一個例子，而是獨一無二的，它只發生一次，並不（按同一方式）重複出現。…。歷史性解釋是進化論的基本部分。」Morton White（1963）進一步發展了這一思想。主題這個概念在歷史性敘述的邏輯結構上至為重要。任何種系、動物區系（在動物地理學中），或任何較高分類單位從歷史性敘述學說的觀點看來都是主題，而且在時間上有連續性。歷史性敘述在宇宙起源學、地質學、古生物學以及生物地理學中都具有重要作用。
歷史性敘述之所以具有解釋意義是因為在歷史順序中較早的事態往往是其後事態的原因。例如恐龍在白堊紀末期滅絕就空出了大量的生態位（小生境），這樣就為哺乳動物在古新世和始新世的驚人輻射創造了條件。因此，歷史性敘述的目的之一就是為後續事態尋找原因。
按本質論邏輯訓練出的哲學家似乎很難理解獨特性和事態的歷史順序的特殊性質。他們否定歷史性敘述的重要性的企圖或接定律將之公式化的企圖都是無法令人信服的。
進化生物學最鮮明的一個方面是它所提出的問題。近期原因的生物學所提出的是「什麼」和「怎樣」的問題，而進化生物學提出的是「為什麼」的問題，為什麼有些有機體彼此非常相似而另一些卻又完全不同？為什麼大多數有機體具有兩性？為什麼動物和植物多種多樣？為什麼有些地區的動物區系有很多種而其它的則很少？
如果某一有機體具有某些特徵，這些特徵必然是由其祖先傳下來的，或者是由於選擇優勢而獲得的。「為什麼」（Why）的問題如果指的意思是「為何」（what for）則在非生物界就毫無意義。人們可以問「為什麼太陽很熱？」這只是指「太陽的熱是怎樣來的（how come？）？」與此相反，在生物界中，「為何」的問題就具有很大的啟發性。「為什麼血管中有瓣膜」這個問題促使哈維發現了血液循環。茹（Roux，1883）提出了「為何在有絲分裂時細胞核要經歷重新組織的複雜過程而不逕直一分為二？「這個問題使得他對細胞分裂首先作出了正確解釋。他充分認識「關於生物學過程的意義可以按兩種方式提出問題。頭一種方式涉及到這過程在什麼生物結構中發生以及這過程的生物學功能。另一方式是詢問這一過程的開端和進程的原因。」因此進化生物學家在試圖分析進化的原因時必須隨時提出為什麼的問題。
一切生物學過程既有近期原因又有終極原因。生物學歷史中的很多混淆不清的情況就是由於生物學家們或者只注意近期原因，要不就只問終極原因的結果。例如關於「兩性異形的原因是什麼」這個問題。T．H．摩根（1932）就嘲笑過進化論者對這一問題的種種推測雖他認為答案非常簡單：當個體發生時雄性和雌性組織受到不同激素的影響。他根本沒有考慮到雄性和雌性的激素系統為什麼不同這個進化問題。他對兩性異形在求偶以及其它行為學和生態學上的涵義一概不予理會。
另外再舉一個例子：受精作用的意義是什麼？」有些功能生物學家在考慮這個問題時認為未受精卵是靜止的，精子一旦進入卵後發育即行開始（由卵裂顯示）。因此某些功能生物學家主張受精作用的意義在於引發發育。進化生物學家則指出，在單性生殖的物種中並不需要受精作用引發發育，因而他們的結論是，受精作用的真正意義在干實現父本和母本基因的重組，這樣的重組產生了自然選擇所需要的遺傳變異性（Weismann，1886）。
從上述的例子可以明顯地看出，生物學問題只有在其近期原因和終極原因都得到闡明後才能完滿解決。此外，進化原因的研究和通常物理-化學性近期原因的研究同樣都是生物學的一部分。研究遺傳程序的起源及其隨進化歷史而變化的生物學與研究遺傳程序轉譯（解碼）的生物學（即對近期原因的研究）都是同等重要的。Julius von Sachs，Jacques Loeb以及其它一些機械論者認為生物學是完全研究近期原因的觀點明顯是錯誤的。
2．9 生物學的新哲學
現在已經很清楚，生物學需要有一種新的哲學。它應當包括並且綜合功能生物學的控制論——功能一組織結構的觀點，以及進化生物學的種群-歷史程序-獨特性-適應的概念。雖然這種新哲學的基本輪廓是清晰的，但在目前它還只是有待完成的宣言似的東西，並非成熟的概念體系。它在批判邏輯實證論、本質論、物理主義和還原論上是毫不含糊的，然而在其主題方面卻又猶豫趑趄不前。近年來就此寫過文章的一些學者如壬席，辛普森，Mainx，與Ayala－Dobzhansky合作的學者，以及生物學哲學家（如Beckner，Campzell，Hull，Munson等）則不僅僅在著重點上，而且在某些基本原則上（例如對突現論的態度）彼此的看法都很不一致。但是這種情況現在已有了令人鼓舞的進展。很多對此有遠見的學者已放棄了過去的極端觀點；他們之中沒有人接受各種不同形式的活力論，也沒有人支持解釋性還原論。隨著生物學的新哲學的邊界已明確地標出，在不久的將來取得真正的綜合是完全有希望的。
科學哲學家當涉及生物學問題時常把很大一部分精力放在悟性（理智）、意識和生命這樣一些問題上。我認為他們是在自找不必要的麻煩。就意識而論，它是無法下定義的。根據某些評議標準，甚至低等無脊椎動物也有意識，而且就連原生動物在其迴避反應中可能也有。至於是否要沿下去追索到原核生物（如磁細菌）這就完全是個人的興趣了。總而言之，意識這個概念甚至近似的也無法下定義，因而詳細研究它是不可能的。
就「生命」和「理智」這兩個詞而論，它們只不過是活動的具體化，並不是實體的獨立存在。「理智」指的並不是物而是思維活動；由於思維活動普遍地出現在動物界（這要看怎樣給思維下定義），因而可以說有機體只要有思維活動（過程）就有理智。同樣，「生命」只是生存（生活）過程的具體化。生存的評議標準可以提出來，也可以被採納，然而在活的有機體中並沒有作為獨立的「生命」這樣一類的東西存在。將「生命」類似於靈魂那樣而賦予單獨存在的確是太危險（Blandino，1969）。避免使用那些將過程具體化的名詞大大有利於對生物學所獨具的現象進行分析。
生物學獨自的哲學的逐步形成，是一個漫長痛苦的過程。早期的嘗試是注定要失敗的，因為當時對生物學的事實瞭解很少，而且不確切或錯誤的概念很流行。這可以用康德的生物學哲學作為例子來說明。康德並不瞭解生物學的題材必須首先由生物學家本人（通過科學！）整理清楚。例如按因果關係解釋林奈的等級結構就是系統學家的任務（這任務由達爾文通過他的共同祖先學說完成的），闡明適應的起源而又不求助於超自然力量是進化論者的任務（已由達爾文同華萊士按自然選擇學說解決）。一旦有了這些解釋，哲學家才有可能開展工作。他們確實這樣做了，然而遺憾的是（就全體來說）是和達爾文作鬥爭並支持生物學上有錯誤的學說。這種情況一直持續到現在，也就是說現在還有像Marjorie Grene，Hans Jonas等人的著作。
我認為應當公正地說，像壬席，Waddinston，辛普森，Bertalanffy，Medawar，Ayala，邁爾，Ghiselin等這些生物學家對生物學哲學所作的貢獻遠遠超過老一代的哲學家，包括Cassirer，Popper，Russell，Bloch，Bunge，Hempel1，Nagel。只有最年輕一代的哲學家（Beckner，Hull，Munson，Wimsatt，Beatty，Brandon）最終才得以擺脫已廢棄的生物學學說的羈釁，如「活力論」，「定向進化論」，「驟變進化」，「二元論」或「實證還原論」學說。「人們只需要讀到在其它方面是如此卓越的一位哲學家E．Cassirer對康德《判斷力批判》一文的論述就會認識傳統的哲學家要瞭解生物學問題是多麼困難。為了解脫他們，應當說生物學家也負有責任，因為他們對生物學的一些概念性問題沒有作明確的分析。他們只見樹木不見森林。
作為生物學哲學的基礎應當包含哪些原則或概念？這很不容易詳盡說出，但是根據前面的討論很明顯地可以指出：
（1）為了充分瞭解生物有機體不能單靠物理學和化學的學說；
（2）必須充分考慮有機體的歷史性本質，特別是它們具有從歷史上獲得的遺傳程序；
（3）在大多數等級（結構）層次（從細胞開始）的個體都是獨特的並形成種群，個體的變異是其主要特徵；
（4）有兩類生物學，功能生物學提出近期原因的問題，進化生物學提出終極原因的問題；
（5）生物學的歷史由概念（的建立）來支配，並且為概念的完善化、修正和偶爾的廢棄所左右；
（6）生物有機體的構型複雜性（patterned complexity）被等級結構組成，等級結構較高層次具有突現特徵；
（7）觀察和比較是生物學的研究方法，和實驗（方法）具有同等的科學性和啟發性；
（8）堅持生物學的獨立性並不意味著支持活力論、定向遺傳論或其它與化學或物理學定律相矛盾的學說。
生物學的哲學必須包括一切主要的生物學特有的概念，不僅是分子生物學，生理學和發育（發生）學的概念，還包括進化生物學的概念（如自然選擇、總適合度、適應、發育、世系），系統學概念（如種，階元，分類），行為生物學及生態學概念（如競爭，資源利用，生態系統）。
在這裡我甚至還可以加上幾條「戒律」（don'ts）。例如，生物學哲學不要在還原論上浪費精力。它也不應當採用現成的物理學哲學作為自己的出發點（看到這方面的一些有名著作很少涉及科學研究的具體實踐，特別是生物學的研究實踐，未免令人洩氣）。考慮到定律在大多數生物學學說中不起什麼作用，因此生物學哲學不應當把注意力專注在定律上。換句話說，我們所需要的是一種不受約束的生物學哲學，它和活力論以及其它非科學思想觀念，物理主義的還原論（它不能正確對待生物學現象和系統）都不沾邊。
生物學和人們的思想觀念
C．P．Snow在他的一篇有名文章中談到，在科學和人文學之間存在著無法漁通的隔閡。關於他提到的物理學家和人文學者之間的信息溝（communication gap）的確存在，但是在物理學家和博物學家之間也同樣存在著這樣的鴻溝。不僅如此，甚至在功能生物學與進化生物學的代表人物之間也嚴重地缺乏信息交流。此外，功能生物學和物理科學相仿，也很重視定律、預測、定量和計量以及生物性過程的功能方面。而在進化生物學中則特別重視性質、歷史性、信息、選擇值等問題，這些問題也和行為科學及社會科學有關，但與物理學關係甚少。因此有人將進化生物學看作是物理科學與社會科學及人文學之間的橋樑也並不是毫無道理。
Carr（1961：62）將歷史和科學加以比較後認為歷史與一切科學在五個方面不同：（1）歷史專門研究獨特的事態，科學則研究一般的事態I（2）歷史從不教訓人;（3）歷史不能預測；（4）歷史必然是主觀的;（5）歷史（和科學不同）包括宗教與道德問題。這些區別只適用於物理科學。以上（1），（3），（4），（5）項對進化生物學也大體適用，而且Carr也承認在這些之中（例如第二項）也不全然適用於歷史。換句話說，科學與非科學之間的明顯斷裂並不存在。
科學對人及其思想的影響一直有爭議。哥白尼，達爾文，弗洛伊德深刻地改變了人們的思想是勿容置疑的。過去幾百年中物理科學主要是通過技術發揮影響。Kuhn（1971）認為一位科學家要真正地對人們的思想發生影響，他必須首先被一般人（門外漢）瞭解。不管某些數學物理學家（包括愛因斯坦和玻爾）多麼有名氣，「就我所知，他們之中沒有一個人對科學領域之外的思想發展有過什麼影響，充其量也不過是微不足道的間接影響。」Kuhn的看法是否正確且當別論，然而可以肯定某些科學家對理解力強的門外漢的思想影響要比對其它人更多。這很可能取決干科學家的研究主題是否和一般人所直接關心的問題以及關心的程度有關。因此生物學、心理學、人類學以及有關的學科很自然地比物理科學對人們思想的影響要大得多。
在科學興起之前是由哲學家負責（姑且如此說）促進認識世界的任務。自從19世紀以後，哲學日益退縮到研究邏輯學和科學的方法論上，放棄了原先它所一直專心致志的形而上學、本體論、認識論的廣大陣地。不幸的是，這片陣地實際上大部分變成了無人地帶，因為當時大多數科學家為探索自己的專門研究而感到心滿意足，根本不去考慮他們自己的研究結果會怎樣影響到人們的基本要求和一般認識論的問題。另一方面，哲學家又感到科學發展如此迅速，如果不是不可能也是難於跟上，從而轉向研究瑣碎或玄妙的問題。科學家和哲學家聯合作戰雙方受益的極好機會並沒有被抓住而輕易地放過了。
生物學和人類的價值
人們有時常說科學和宗教的說教大不相同，科學是非人格化的，超然的，不受感情支配的，從而是完全客觀的。這對物理科學的大多數解釋來說可能是十分正確的，然而對生物科學的多數解釋就並不全然正確。生物學家的發現和學說往往和我們社會的傳統價值觀念相衝突。例如，達爾文的老師塞吉威克（Sedgwick）就曾強烈反對過自然選擇學說，因為它暗示了神所設計的論據將被否定並對世界作出唯物主義的解釋。也就是說，據他看來，上帝將從對世界的秩序和適應的解釋中被搬掉。生物學學說確實常常是充滿價值觀念的。這可以拿達爾文的共同祖先學說作為例子來說明，這個學說將人從在宇宙中佔有獨一無二的地位上拉了下來。最近關於「智商」（IQ）是否由遺傳決定並且在多大程度上由遺傳決定的爭論（特別是和種族問題聯繫起來）以及關於社會生物學的爭論都是恰當的例子。在所有這些情況中衝突都發生在某些科學發現或對這些發現的解釋和某些傳統的價值體系之間。不論科學研究是多麼客觀，它的發現所導致的結論往往是充滿價值觀念的。
文學評論早就覺察到某些科半家的著作對小說家和散文家的影響，並且通過他們自由隨便地影響公眾。18世紀探險家帶回國的關於異域原始上著人民的幸福與天真無邪的報導，儘管是荒誕的，卻大大影響了十八、十九世紀的作家，最後影響到政治意識形態。
當今流行的社會和政治觀念結構是當西方人的思想大部分是受科學革命的思想（即基於物理科學原則的一套思想觀念）支配時形成並被採納的。這對生物學和人類都是一場悲劇。它包含本質論思想並與此相關聯的，深信一個門類中的成員的基本同一性一（一致性）。雖然18世紀的思想革命在很大程度上是一場反對封建主義和階級特權的革命，但是不容否認的是民主觀念也部分地來自上述物理主義的原則。其結果是，民主可以被解釋為不僅主張在法律面前的平等，也主張在各個方面的本質論的同一性。這種觀點表現在「所有的人生下來就是平等的」這一提法中，它和下面的說法大不相同：「所有的人有相同的權利並且在法律面前平等。」任何人只要相信每個個體具有遺傳獨特性，他就會承認這樣的結論：「沒有兩個個體生下來就是平等的。」
當進化生物學在19世紀興起後，它論證了這些物理學原則並不適用於獨特的生物個體、異質種群和進化系統。然而由物理主義和反封建主義融合而成的意識形態通常被稱作民主（從來沒有兩個人對民主具有完全相同的概念），它在西方世界招搖過市肆行欺騙竟然達到這樣的程度，就連最含蓄的批評（就像我在這裡所寫的幾段話）通常也毫不寬容地被拒絕。民主觀念與進化思想ˍ都高度重視個人或個體，但兩者在我們的價值體繫上則有很多方面不同。近來關於社會生物學的辯論就是一個可悲的例證，它說明當一位科學家的言論觸犯了政治教條時我們社會中的某個集團．所顯示的偏狹與固執。Orwell（1972）說得好：「每個時期都有一種正統觀念，即認定一切思維正常的人會毫無疑義地加以採納的一套思想觀念。它並不嚴格地禁止說這說那或說別的什麼，但是可以講「不合時」（「not done」）。任何人向流行的正統觀念發起挑戰就會發現自己被非常有力地壓制住。一種真正非時新的意見幾乎從來就沒有公平的發言機會，無論是在一般的報紙上還是在學術性刊物上。」我想，對於這種毫不寬容的狀況，科學家並不是毫無責任的。
所有的社會改革家，從艾爾維捨斯，盧梭，歐文到某些馬克思主義者（不包括馬克思本人），都接受了洛克的觀點，即人生下來是一張白紙（tabula rasa），在這張白紙上可以寫各式各樣的字。因此，只要提供適當的環境和教育，就可以從任何一個個人造就出各種各樣的人物，因為所有的個人的潛在性能全是相同的。這就使得歐文（Robert Owen，1813）認為「通過精心的訓練，世界上任何一個階級的嬰兒都可培養成其它階級的成員。」由於階級是按社會經濟地位劃分的，所以歐文的看法有一定程度的合理性。但將之擴展到個人並像行為學家John B，Watson那樣用極端的形式表達出來那就很成問題。無怪乎抱有這種樂觀態度的人對人類孿生子女的遺傳特性研究和養子養女問題研究的結果感到沮喪不已。
由系統學，體質人類學，遺傳學，行為生物學所論證的任何物種（包括人類）沒有兩個個體完全相同的這一結論，在虔誠地信奉人類平等這一原則的人們中間引起了深切的關注。正如Haldane和Dobzhansky曾經指出的那樣，這種進退兩難的窘境可以通過為平等下一個與現代生物學的發現相協調的定義來避開。每一個人應當在法律面前平等並享有均等的機會。然而考慮到他們在生物學上的不平等，為了保證有均等機會，就必須為他們提供多種多樣的環境（如各種教育機會）。自相矛盾的是，忽視生物學非同一性的「同一論」——當它履行均等機會的理想時——正是民主的最兇惡敵人。
生物學具有一種令人敬畏的責任。它曾協助衝破了傳統的信念和價值體系是無可否認的。啟蒙運動的很多最樂觀的看法，包括平等和十全十美社會的可能性，最終卻是（雖然是很下意識地）物理神學的一部分。是上帝創造了這樣一個近乎完美無缺的世界。當對上帝作為設計者的信仰破滅後，對這樣一個世界的信念也注定是要崩潰的。因而Sedgwick的悲哀是確有其事。失去了對上帝的信奉就形成了一個存在的真空（existentialvacunun）和一個未解答的關於生命的意義的問題。自從啟蒙運動以後，著名的思想家都強烈地感到生物學不應當僅僅是傳統價值（觀）的破壞者，而且也是新的價值體系的締造者。實際上所有的生物學家都是信奉宗教的（就宗教這個詞的更深意義來說），雖然是一種沒有上天啟示的宗教（赫胥黎就這樣稱呼它）。未知和可能不可知灌輸給我們一種謙虛和敬畏的觀念或意識，但是許多試圖用信仰人代替信仰上帝的思想家走人了歧途。他們把人定義為自我，個人的自私，並提倡自私觀念和利己主義。這些不僅不能帶來幸福，而且從長遠來看顯然具有破壞性。
當然，把人僅僅看作是一種生物，也就是說，人不是別的什麼，不過是一種動物，這種看法未免過於簡單而且很危險。由於他的很多特性，人能夠發展文化，並將所獲得的信息，以及價值體系和道德（倫理）規範傳給後代。因此，完全基於對低於人類的生物的研究來估價人就只會得到非常片面的、非常錯誤的關於人的概念．然而對動物的研究為我們瞭解人的本質提供了不少非常重要的知識，即使這些研究沒有揭示更多的東西，它們也顯示出人和最接近的猿猴在某些特徵上是多麼不同。
如果不把人定義為個人的自私或者僅僅是一種生物，而是將之定義為人類，就有可能出現一種完全不同的倫理學和意識形態。這將是一種能和要求「改善人類」的傳統社會價值觀完全不矛盾又和生物學的新發現相容的意識形態。如果採納這種辦法，則在科學與最深刻的人的價值之間將不再有任何矛盾或衝突（Campbell，1974：183-185；Rensch，1971）
這種處理辦法乍看起來將和總適合度原則相矛盾。然而有兩個理由可以表明並非必然如此。首先，在這個新人類的無名社會中，這個社會將會貢獻其本身的總適合度為整個社會的進步服務。其次，人是一個獨特的物種，其中大量的文化「遺產」已經加進到生物性遺傳中，這種文化遺產的本質能影響達爾文的適合度。這種相互作用過去很少被關心達爾文主義對人類進化影響的學者予以充分考慮。我個人認為總適合度、文化遺產以及健全完善的倫理學之間的表面矛盾是能夠解決的。
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