生物學的文明之爭

自然界存在著種種的意外，其機制跟我們最初假設的情形大相徑庭，那么在純粹推理的過程中，它們的位置又在哪里？

就因為《自然》雜志說，“人們越來越認識到，物理學的思維形式將對生物學在后基因時代成果的取得起至關重要作用”，去年夏天，數十位物理學家在美國科羅拉多舉行了一場慶祝會。事實上，隨著遺傳學對從人類健康到農業生產等諸多領域產生推動作用開始，全世界的物理學家和數學家們就紛紛地投身到生命科學領域中來。在新世紀到來之際，生物學成為科學研究和投資所共同關注的焦點。

但物理學家和數學家們涉足生物學并指望著從中開辟新的研究領地的現象并不新鮮；歷史上曾經有過若干類似的嘗試，然而其結果卻相當令人失望。這是因為生物學家和物理學家有著不一樣的目標與研究傳統，他們所探詢的問題類型各異，所期待的答案也各不相同。

作為一個理論物理學家，我所接受的教育告訴我，只有數學和邏輯的推演才是可靠的，而實驗得出的結論則很可能有偏差。可是，對于許多生物學家來說，盡管實驗結論容易出紕漏，但它卻為我們提供了一條更為可靠的通往真理之路。自然界存在著種種的意外，其機制跟我們最初假設的情形大相徑庭，那么在純粹推理的過程中，它們的位置又在哪里？

科學哲學家在思考問題時，往往習慣性地認為可以有一個放之四海而皆準的解決辦法。但實驗生物學家和數學生物學家之間交流上存在的隔閡表明，對這類問題的解答最終還要取決于特定的學科文化。

我們不妨回想一下俄羅斯理論物理學家尼古拉斯·拉舍夫斯基的失敗經歷。拉舍夫斯基1924年移民美國，他想弄清楚生物學的細胞分裂和小滴液體呈現不穩定性這兩種現象，是否可以用一套相類似的機制來加以解釋。不久，他仿照數學物理學，開始著手創立“數學生物學體系”。

到1954年，拉舍夫斯基失去了所有的科研經費。人們對于他的批判，主要在于他的學說與注重實踐的生物學之間沒能很好結合。但他的確嘗試過考慮生物學家所關心的問題。1934年，他提出了一個理想化的球形細胞模式，對作用在球形細胞上的各種力進行了“物理-數學”的分析。他認為完全可以用這種模式來解釋細胞的分裂。

當生物學家提出并非所有細胞都是球形的時候，拉舍夫斯基回應說，該理論必須應用于最為簡化的案例當中。針對拉舍夫斯基的發言，世界公認的細胞生物學權威E·B·威爾遜在一則短論中總結說，數學可能會對生物整體數量增長方面的研究有所幫助，但對于個體的研究卻無濟于事。

然而，直到50年代，對生物體如何實現代際間特征形態復制的問題，生物學家們還沒能提出合理的解釋。1952年，以研究計算技術與智能著稱的艾倫·圖靈提出了一個由兩個方程式構成的數學模型，并用它來描述兩種假想化學成分間的反應與擴散。他承認，這個模型被簡化和理想化了，其目的是為了突出胚胎成長過程中“最為重要的特征”。 圖靈強調，他所描述的反應與自然界中的反應毫不相同。做這樣的簡化只是為了讓他的論述“比較容易理解”。

與拉舍夫斯基一樣，圖靈認為，假想的模型建構盡管并不苛求前提條件的真實性，但卻能夠抓住事物“最重要的因素”，因而可以作為一個有用的解釋工具。

但實驗生物學家提出了一個不同的問題：不是生物體能不能——而是是否真的如假想模式所提出的方式生長。就這一點來說，圖靈的反應-擴散模式就極端讓人失望。過去20年來，分子生物學家發現，在圖靈模型中無足輕重的基因的逐層活化作用，決定著生物體的最終結構與形態。更廣泛地說，對于生物系統如何解決特定問題的最佳解釋，也是來自實驗遺傳學而非數學或邏輯學。

盡管如此，物理學家和數學家們還是有理由慶祝一番。自1983年，美國自然科學基金會生物學分部為數學和計算科學研究提供的資金比重增加了近50倍。

這樣做的直接結果，可能是產生一種新的學科文化，這種文化將使研究的目的、方法以及認識論基礎發生轉變。用以表現理論生物學模型的將不僅是幾個簡單的方程式，一些復雜的運算法則、統計分析以及模擬方法都可以派上用場。另外，考慮到經常出現“例外”的可能性，研究者將更加熱衷“一般性規則”而非“定律”，這樣就給生物學架構內的意外特例留有了余地。生物學不是物理學，忽視其發展的歷史必將導致錯誤的結論。