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探索生命的奥秘 研究细胞及生命的起源，也许是最令人神往的科学探索之一。然而，甚至不久以前人们还认为，进行这项研究的各门科学已经濒临山穷水尽之地，医学、生物化学、生物学等原地踏步，难以进展。为了推动这项重要研究取得进展，各学科的研究人员必须通力合作。柏林自由大学的埃德曼教授发起并领导了这项多学科合作的研究项目。 在埃德曼教授的示意图表中，有一个组合名字频频出现，这就是核糖分子式5SrRNA。这个分子式的图解，样子好象一只正在滴水的水龙头。这就是忧核、优裂殖菌和原生菌核糖5SrRNA的二次结构模型。而埃德曼教授的科研小组主要课题正是5SrRNA，它究竟是怎么－回事？ 生物细胞的结构与功能。 在人体血液循环过程中，细胞获得某种物质，而核糖则从这些物质中制造出身体所需的蛋白质。细胞的构成与实施功能主要靠蛋白质，而蛋白质分子的构造形态则是储存在细胞中的脱氧核糖枝酸里的。这一基因信息首先被看成信使核糖核酸，然后又游移向核糖，它们先向蛋白质工厂提供细胞。蛋白质细胞的基本结构是氨基酸，其中有20多种不同的氨基酸结构已为人们所知。与此相反，脱氧核糖核酸的分子和信使核糖核酸的分子却仅有4种不同的基本结构。这些基本的结构作为典型的三位组合（密码子），含有某些氨基酸的密码，即有－种密码代表一种氨基酸的密码信息。核糖的任务就是首先将这些基本结构用化学方法联结起来，而组成蛋白质分子。在所有生物的细胞中，这些反应步骤都会多少出现，只是方式有所不同而已。 由于上述蛋白质的组合要求以极高的准确程度进行，因此，核糖的结构上也是极为复杂的。即使是简单的菌类，其核糖也由大约55个不同的蛋白质分子和3种不同的核糖核酸组成。所有生物的核糖中，普遍存在有一种核糖酸，即核糖5Sr一RNA，它“仅仅”含有120个基本结构。每个基本结构的排列顺序中的微小差异都表明每4个基本结构的排列顺序中的微小差异，也表明每个细胞处于何种发展阶段，并说明它与其它生物的某一个细胞有着血缘关系。 细胞本身是如何形成的 埃德曼教授和他的助手们运用先进的计算机系统来分析核糖核酸基本结构的排列顺序，并且将储存在脱氧核糖核酸中的部分人工合成在一起。专家甚至与欧洲其它国家和美国的大型计算机联网，以便取得更加精确的数据。关键问题在于，如果说一切生物最终是由细胞组成的，细胞是生命的基础，那么，细胞本身又是如何形成的呢？关于这个问题，科学家们持有两种截然不同的理论，其一便是细胞形成假说。直到几年前，这种理论仍被认为是基本正确的。这种理论认为，在长达数亿年的时间里，比较高级的细胞正是从细菌细胞演变而来，由于细胞内部的区别而变得日益复杂起来。 第二种观点被多数专家否认，而坚持孩理论的人近百年来甚至被讥讽为幻想家。这种观点认为，在生物进化过程中，若干个细胞组合为比较高级的细胞，即形成所谓细胞内部的生命规律。比较高级的细胞乃是互相依存的生命群体。 科学家们通过研究，戏剧性地澄清了这一难题。起初，人们还对细胞内部生命规律学的细胞假说提出过许多反面论证，当时以为细胞的这种形成假说似乎是不可能的。然而，后来却发生了一次具有重要意义的试验性突破，即人们可以对氨基酸的排列顺序进行分析。在试验过程中，首先确定了细胞的原始结构，即4个可能的基本结构（核昔酸）的组合。科学家们发现，是否符合这种基本结构排列顺序，可以作为衡量有机物质之间是否存在血缘关系的标准。此外，人们还发现，优核细胞中所出现的细胞器（线粒体和叶绿体）竟然与某些菌类有着血缘关系，即它们皆起源于菌类。因此可以说，核糖核酸的排列顺序的分析，显然对举世公认的细胞内部生命规律学关于细胞的假说作出了贡献。 按照这一理论，一个较高级的细胞至少由2个或者4个裂殖菌所组成。也就是说，－个可以发酵的寄主细菌能够吸收将运动机制带入细胞的鞭毛裂殖菌。然后，再增加具有呼吸功能的裂殖菌，由此便产生了今天细胞中的线粒体。植物细胞则还要吸收具有光合作用的裂殖菌，从而形成细胞中的叶绿体。 一细胞内部生物学”的建立与发展在数百万年的进化过程中，细胞里以前独立的裂殖菌转变为小器官，这些小器官又将其大部分遗传特性转移给细胞核，进而使细胞核成为细胞中重要的协调者，即比较高级的细胞并不是作为整体而形成的新的统一体。这一认识的重大意义在于，它证实了所有生物，最终是由裂殖菌及其前身组合形成的。这种组合显然是在地球上还未存在多细胞生物时发生的。 与菌类细胞相比，这种新的统一体具有决定性的优点，即一个细胞内部的各种新陈代谢形式由细胞膜相互隔离，因此发酵、呼吸、光合作用等过程可以同时进行。而在普通茵类中，某个时间往往能进行一种新陈代谢过程。 生物学家施维姆勒教授为”细胞内部生物学”的建立和发展奠定了基础，并且为“细胞内部生命规律学”的细胞理论的突破性进展作出了重大贡献。施维姆勒教授指出：“这样 生物学可以解释其最小的结构成分了。我们试图在此基础上建立其一个至今未有的生物序列体系。人们可以在核糖核酸与脱核糖核酸基本结构排列顺序的基础上，将各种各样的细胞类型排列成一个合理的体系。每个被吸收入细胞的裂殖菌都带有其自身的蛋白质组合机制。我们认为，这一共生过程仍在继续，今天的细胞还在吸收着裂殖菌，并组成着小器官。 科学家们关注着细胞学研究的进展，而施维姆勒教授正在从完全不同的角度进行着研究。他发现过一种昆虫---小禅，它由一个寄主细胞组成，而它所吸收的裂殖菌则作为共生生物。在长期发展过程中，两个单一细胞的物质竟然如此相互适应，以至到了一个个体在失去另一个个体的情况下无法存活的程度。 施维姆勒教授指出，“以小蝉为例，我们可以从活生生的物体上观察到这种共生现象是如何进行的。生活在小蝉系统的裂殖菌估计已有2亿多年了，它逐渐失去了脱氧核糖核酸。目前我们尚不清楚裂殖菌的脱氧核糖核酸是简单丧失了呢，还是已经进入了小禅的细胞核中去了。在没有共生现象的蛋卵中，只能形成头—脑胚胎，但却缺少尾部。这表明，寄主细胞如果与裂殖菌的遗传信息共生的话，它就可变成一个小器官。”在谈到每个研究领域的相互渗透时，埃德曼教授说：我们希望建立一种模型体系，从而在分析核酸德基础上，对细胞内部生命规律德基础上，对细胞内部生命规律德起源加以排列划分利用这个可能性，能够将整个世界划分为3个“王国”：其一为细胞核体系，其二为不包括细胞核德其他体系。然而，通过对核酸德进一步研究，我们发现对不包括细胞核德其他体系，还可划分成原本裂殖菌和优裂殖菌，后者则是正常的。目前尚存的裂殖菌、原本裂殖菌往往生存在极端条件之下，例如PH值很高或很低的情况下，含盐浓度或者含酸浓度很高的状况下。也许人们以为，科学家的认识固然十分有趣，可它对人类又有什么实际意义呢？然而，正如施维姆勒教授的试验所证实的那样，表面现象往往是极不可靠的。他说：“这一基础研究将对应用科学产生非同寻常的影响。甚至可以用来对付恶魔般的癌症。因为我们认为只有对细胞中的分子过程进行全面研究，才能理解癌症的形成机理。而首要的问题是应该弄清基本的过程与联系。” 
生物学结构转换思想与目的性概念摘要：本文主要探讨以基因学说和DNA 双螺旋模型为核心的现代生物学的方法论基础，指出机械还原纲领虽然对现代生物学的发展有其巨大贡献，但对于探索生命现象的复杂性还存在根本上的限制；有机论虽然肯定了组织结构的核心地位与可考察性，却又说不出生命整体是如何“突现”出来的。通过对皮亚杰结构主义观点的阐明，本文认为现代生物学的发展受制于一种关于结构变换的目的性概念框架，并着重分析了这种概念构架的基本内容、它与因果性概念的关系及其科学认识功能。 关键词：整体性 结构变换 目的性在现代生物学的发展中，基因学说与DNA双螺旋模型的建立， 使人类对生命奥秘的探索进入到一个新的阶段，并使生物学知识体系发生了深刻的变化。这种知识的增长绝不是偶然的，它显然受制于一种新的科学方法论与概念框架的形成，关系到结构转换概念的使用与目的性概念的重建。本文所要探讨的正是这一问题。 一基因学说与DNA双螺旋结构理论，作为现代生物学的理论基础， 使人类对生命现象的认识深入到分子层次，与此同时也引出了一系列崭新的问题。这一情势正象有人比喻的那样，当我们打开门进入一个长廊之后，又会发现里面仍有很多未打开的门。那么，人类这种新探索究竟说明了什么呢？显然，现代生物学这一巨大进步宣告了活力论的破产，因为它证明在生命机体中根本不存在活力论者所说的那种非物理化学特质的、非广延性的精神性实体——活力；它表明生命机体中的主导因子原来就是基因或DNA分子——它是在电子衍射实验中可以观察到的东西， 是通过遗传工程可以加以改变的对象。同时，它也证明活力论者所说的那种不能用物理化学术语加以考察的生命特质，并不构成一种科学解释。活力论主张活力不能用空间、时间、质量，原子、电荷等物理化学语言来表达，即认为生命特质不能表达为任何物理化学术语，这实际上是拒斥对生命本质的考察，表明活力并不是可用于科学解释与预测的实证科学概念。由于基因学说与分子生物学的发展，过去曾作为生命奥秘的大量生物学问题，如遗传与变异、生长发育、新陈代谢、体内调节等，在一定意义上都可用DNA、RNA、蛋白质、糖、脂肪等生物大分子及其生化反应来说明。这些术语作为实证的物理化学语言，对于生物学事实的解释与预测是卓有成效的。现代生物学成就无疑是机械还原纲领的一次巨大成功，但它是否证明了机械还原纲领对于生物学问题没有任何限制呢？显然没有。因为机械还原论旨在把有机体及其生命问题归结为粒子或场的相互作用及其在时空中运动变化的规律，并把这种规律看成是自然界的最基本的法则和对自然现象的最完备描述，认为对生命的科学阐明最终总可以归结为物理化学描述，而生物学知识的存在只是一种权益之计和人类暂时无知的表现。当这种方法论的有效性被加以扩大而推向极端时，它的固有局限性就会清楚地暴露出来。并且，这种局限性是一种根本上的限制，有着深刻的根源。第一、这种根本上的限制来自于生命结构的整体性与历时性。现代生物学认为，生命机体是一个能自身调节的有若干转换机制的整体性结构。一方面，有机体的任何一个层次及其组成要素，虽然对于维持有机体的整体性和生命机能都有自己特殊的贡献，但它们都不能代替生命机体的整体性，都不能孤立地表现出生命现象。生命作为一个整体，只有通过机体各层次及其组成要素所形成的整体结构及其转换才能显现出来，并且只有在它与外界环境的反馈循环中才能得以实现。另一方面，生命机体组织结构与整体功能的高度复杂性与完善性是自然历史的产物，是整个自然界长期演化的结果。生物大分子也是如此，如E ·迈尔所说：“生物在分子水平也是独特的是因为它们具有贮存从历史上获得的信息的机制，而非生物就不是这样……一切生物都具有从历史演变进化而产生的遗传程序”。（[1]，第17页）并且在生物演化的30多亿年中， 整个宇宙环境与地球表面都发生了不可逆转的变化，有机生命的独特性就是在长期不可逆的自然演化中一系列结构变换的结果。正是这种结构整体性与历时性使机械还原方法受到了根本上的限制。现代科学是从两个方向达到这一认识的。一方面，玻尔通过对微观粒子运动的透彻理解，从作用量子的整体性达到对有机生命整体性的确认，指出：“生命本身的存在，不论就它的定义还是就它的观测来说，都应该看成生物学的一个不能进一步加以分析的基本假设，就如同作用量子的存在和物质的终极原子性一起形成原子物理学的基本根据一样。”（[2]，第24页）在玻尔看来，由于量子效应， 正象原子的稳定性在本质上不能用经典物理学来加以描述一样，生命的整体特征也不能完全用普通的物理化学定律来加以解释。另一方面，作为有机论者，一般系统论的创始人贝塔朗菲从“突现论”的观点论证了系统的整体性，认为“构成特征不能由孤立的各部分的特征来说明。因此复合体的特征与元素特征相比是‘新的’或‘突然发生的’……作为具有相互关系的部分的总体的系统必须设想为瞬时间形成的”[3]正因为这样， 生命机体结构具有不能还原为其组成要素与层次的整体特性。结构主义者皮亚杰在承认“一个整体并不是一个诸先决成分的简单总和”的前提下，既不同意“把整体看作先于成分”，也不同意把整体“看作是在这些成分发生接触的同时所得到的产物”，而认为“从结构这个术语的现代含义来讲，‘结构’就是要成为一个若干‘转换’的体系，而不是某个静态的‘形式’。”（[4]，第4—5 页）这里显然拒斥了活力论与“突现论”的主张，而把整体性看成是结构转换的结果。他指出：“如果象我们已经认为的那样，一个结构真的是一个能自身调节的有若干转换作用的整体性体系的话，那末有机体就是各种结构的原型了。”（[4]，第31 页）上述说法充分肯定了生命结构的整体性与历时性这一基本事实，指出对它的抽象因果分析并不是终究至极的，机械还原论本身是存在根本限制的。第二、这种根本上的限制还来源于物理化学实验安排的非完备性。对于生命结构的物理化学考察，玻尔指出：“生物学研究的条件和物理学研究的条件是不能直接相比的，因为保持研究对象的活命的必要对前一种研究加了一种限制，这种限制在物理学中找不到它的对应。例如，如果我们企图研究一个动物的各种器官，直到能说出单个原子在生命机能中起什么作用的地步，那么我们就无疑地要杀死这个动物。在有关生命机体的每一实验中，必然要在各机体所处的物理条件方面留下某种不确定性；而这种想法也就提示说，我们必须留给机体的最小自由，将刚好大到足以使该机体对我们‘保守其最后秘密’的地步。”（[2]， 第11页）显然，如果想用一种实验装置来分析构成生命机体的所有原子的行为，就象原子物理学实验对单个原子行为所作的观测那样，那么这种实验装置便排除了维持机体生命活动的可能性。任何实验装置，只要它把生命机体控制到能用物理化学方式来准确描述的程度，就一定会阻止其生命活动的自由体现。在玻尔看来，正象在原子物理学的实验安排中，对于坐标与动量这样一些不可对易量的观察不能同时被满足一样，在有关生命现象的实验安排中，尽可能完备的物理学观察与生命的自由体现也不能同时被满足。即原子物理学实验与满足生命活动的生物学观察条件是不能相容的，不能同时实现的。在探讨生命结构时，任何物理化学观察都不可能是完备的、无条件的，都必须留给对象某种“最小自由”，以维护机体结构与行为概念存在的权利。第三、这种根本上的限制来源于机械决定论时间概念和因果结构自身的局限性。严格的机械决定论研究纲领对于近代乃至现代实证科学的发展起到了巨大的推动作用。但正如普利高津指出的，这种方法论在引入时间的方式上却存在着很大的局限性，因为其严格决定论的因果规律对于时间反演具有不变性，时间变量只不过是作为一个可逆的几何参数而出现，因而物理坐标随时间向前与向后移动都是允许的，将来与过去起着同样的作用，它们相互等价、不加区分。这样，自然界就被描绘成了一个简单的静态的存在着的力学体系，一个没有组织结构与发展演化的世界，一个没有创造与有序的寂静的宇宙。这就构成了“存在的物理学”与严格决定论方法所固有的一个佯谬，因为“它为人们揭露了一个僵死的、被动的自然，其行为就象是一个自动机，一旦给它编好程序，它就按照程序中描述的规则不停地运行下去。”[5] 这显然与生物学所描绘的复杂的、演化的、丰富多采与生机盎然的自然相背离。这种佯谬不仅是时间问题，它显然来自于严格决定论概念框架或因果结构本身的局限性。为了不违背生物学的基本事实并摆脱这一困境，平衡态热力学在物理学中第一次引入了时间箭头，把熵增加的方向等同于系统自发演化的方向。但它所表征的时间对应于由不可逆过程所导致的无序增大的趋向，从而排除了系统自发产生有序的可能性，而仍与有机系统的组织化有序化过程相矛盾。正因为这样，普利高津才提出“耗散结构”与自组织概念，以与生物学结构变换概念相接轨。第四、这种根本上的限制来自于有机组织中微观过程之本质上的偶然性与多自由度非线性耦合的随机效应。对于生命机体，当观察深入到微观层次时，常会涉及到量子力学几率概念所描述的随机性问题。如在生命机体中便存在着基因的自发突变与诱发突变。由于这种过程接近于量子过程的水平，而量子效应所涉及到的是微观对象之本质上的随机性，这就使我们在原子尺度上对生命系统进行严格决定论的因果描述受到了一种根本上的限制。另外，对于生命结构这样极端复杂的系统，当用物理学方法考察其运动状态时，也会遇到多自由度非线性耦合的随机效应问题。这种非平衡非线性系统在一定阈值条件下会出现混沌现象，它涉及到的是一种无法确定的系统内在的随机性，这完全是由于系统内部非线性因素的作用而不仅是外界的扰动所引起的。这样，我们在宏观状态上对有机系统进行严格决定论的物理描述，也受到一种根本上的限制。另外，逻辑实证主义的尝试也表明，生物学定律在逻辑上是不能从物理化学定律推导出来的，即使在物理学中这种机械还原也只是部分有效。所有这些表明，机械还原论与严格决定论对于探讨生命问题确实是不充分的，它过于狭隘了。因此必须要有一种新的更广阔的概念构架，它既能否定、超越这种方法论的局限性，又能对其合理性加以整合、同化和补充。 二那么，现代生物学究竟受制于一种什么样的科学方法论呢？对此，有机论者曾提出“突现论”的主张，强调了生物机体等级森严的组织秩序和各组成部分相互依赖的整体性，认为生命是机体整体结构所具有的功能，是机体各层次与诸要素在整体作用中的瞬时“突现”。有机论者注重了组织结构的核心地位与可考察性，它既否认关于生命本质不可进行物理化学考察的活力论观点，又否认关于生命问题之物理化学描述具有终极性与完备性的机械论观点。虽然这些思想都是合理的，但把它作为现代生物学的方法论基础似乎还不够，因为有机论只是断言整体性的存在，却又说不出整体性是如何“突现”出来的。
