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生物学家驳哲学家:物种起源论战 | Nature经典再现


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编者按


英国博物学家阿尔弗雷德·拉塞尔·华莱士关于进化的观点与达尔文的观点很类似,这里他评论了约瑟夫·约翰·墨菲新出的一本科学论文集。墨菲早先提出,如果所有的变异都很微小的话,那么依靠自然选择的进化将无法解释可见的物种,因为进化所需的时间将比地球适宜生物生存的时间更漫长。华莱士认为墨菲是错误的,他指出,在深入了解地质历史之后这一问题将迎刃而解。墨菲还提到了智能的本质,包括无意识的和有意识的,他认为有意识的智能一定与人类的本能有关联。对于这些猜想,华莱士(他晚年对神秘主义与唯灵论产生了兴趣)则比较赞成。



通过最近几年的研究,人们已经揭示了关于自然界中力和组成结构的许多最为晦涩且极其深奥的问题,这使很多性急又有投机心理的知识分子们以为,对于到目前为止还未解决的关于生命和思维起源的问题,即使还不能得到一个可论证的答案,也应该是时候给出一个合理而又清楚的解释了。一方面,极其重要的能量守恒学说、囊括一切的进化论、关于物质和力关系的更准确的概念以及具有巨大威力的光谱分析,给我们展示了宇宙万物结构和机理的本来面目;另一方面,现代显微镜技术性能的提升,使我们可以很有把握地确定最微小和最低等的生命形式的结构或者确认它们没有结构;这些都给我们提供了强大的科学武器,使我们相信自然界没有永久的秘密。因此,这部书里的文章或多或少都对生命形式的发展、生命的起源和本质、各种力的统一、肉体和精神以及诸如此类的问题给出了自信的答案。

我将要介绍的这本书,是人们曾经提到的这类著作中的一个很好的范例。虽然这本书不是建立在原始研究的基础之上,但作者进行了细致谨慎的研究,而且在大多数情况下都能深刻地理解他所涉及的各个科目中最优秀的作者,此外,还精心引入了大量原创性的思想和独创性的批评。这样,作者就有效地提高了这本书的品质,使之超过了能力稍显逊色的人可能炮制出的纯粹的合集。


《习性与智能,及其与物质和力的法则的关系》科学论文集(麦克米伦公司,1869年)

作者:约瑟夫·约翰·墨菲(1827-1894,爱尔兰哲学家)


前言中提到了现代科学思想的特点,并力图展示“这一时期最重要也是最独具一格的思维特点是人们大多习惯于采用历史学和遗传学的研究方法,这些方法使历史科学化,也使科学历史化,由此我们可以确信:除非我们知道起源,否则我们不能够真正地认识任何事物;从这里我们也学到了带有更多赞赏眼光的批判风格,带有更深的怀疑、不赞成和担忧的创新方法,以及对精神和政治自由更理智更深刻的爱。”该书前6章主要致力于详细描述宇宙巨大的动力、运动的规律和能量守恒。作者在这里引入了辐射这个有用的词语,用来表示光、热辐射以及太阳的光化作用,这些实际上是同一种形式的能量的不同表现。此外,作者还更精确地定义了force和strength这两个词,前者代表能够产生运动的力,而后者只代表阻力,比如粘滞力。

作者列举了自然界中几种基本的力,如重力、毛细引力和化学亲和力,然后他总结出了一个重要的结论:“所有基本的力都是引力,自然界中没有任何一种基本的力是排斥力”(第43页)。这里似乎有两个错误。首先,和毛细引力一样,粘滞力显然也是一种基本的力,而作者则完全忽视了这种力。事实上,粘滞力可能是更普遍存在的,相比而言,毛细引力倒要算是特殊的力了。另外,弹力就是一种基本的排斥力。实际上,在该书第26页,我们发现作者对所有物质都是完全弹性的这一观点提出了质疑,他认为,当两个球撞击时,损失的能量转移给了分子并最终变成热,而这部分能量的损失应归于物质的不完全弹性。但是这显然暗示了分子排斥的存在。就像拜马先生在他的《分子力学》中所写的那样,排斥力就像引力一样是物质必需的属性。

第8章讨论了结晶现象,紧接着的两章讲了生命化学和生命动力学。“生命法则”存在于“未知的和未发现的事物”这些实体当中,“这些事物不能用纯粹的物质属性来解释,它们造成了生物体的差异性。”除了有机化合物的形成外,还有组织功能、本能、感觉和思想,这些都不能用普通的物质属性来解释。同时,我们也承认猜测绝不是对真理的检验,关于生命起源的所有问题都是事实的问题,必须通过观察和实验来解决,而不是只靠思考与推理。但是书中声称,事实最可能是“就像物质和能量一样,生命的起源也是第一创造力的直接作用结果,而没有任何别的原因。”第10~14章提到了组织和发育,总结了这些领域的最新观点,并以如下的表格形式就有机物的功能给出了最终的结论:

构形功能和营养功能,本质上来说都是通过物质转化而形成的

动物性机能,本质上来说是通过能量转化而形成的


在第15章,我们首次看到了作者一个独特的观点——习性法则。他是这样定义习性的:


习性的定义及基本法则是,所有的生命活动都有自我重复的趋势,或者如果不能进行自我重复,那么它们倾向于使重复变得更加容易。


所有的习性几乎都是遗传性的,随着环境变化会有少许改变,并且受到自发变异的影响。一个习性是否有明显的影响力取决于它最近是否得到运用,它的强度取决于运用时间的长短(可能是几百万代)。种或属的习性是非常稳定不太变化的,而个体的习性经常是差异较大而十分凸显的。个体习性可能会很快消失,种属习性可能也会消失,但通常是很难察觉到的,而且种属习性还容易再次出现,例如返祖现象。通过不断重复,主动习性得到强化,而被动受到的影响会减弱,这两个事实也可以根据习性法则推断出来。因为,在后一种情况下,生物体获得了对被动受到的影响不做出反应的习性。比如,有两个人在早上听到相同的钟声。对于其中一个人,钟声会叫醒他去上班,而他也习惯于去听钟声,因此钟声总能叫醒他。而对另一个人,在钟声响起一小时后他才起床,他习惯于忽略钟声,这样不久之后钟声对他就没有任何作用了。在这两个例子中习性产生了两种完全相反的结果。习性可以发生任何程度的改变,但在短期内它只能发生微小的改变。与习性法则密切相关的是接下来要谈及的变异法则


外界环境的轻微改变对生物体是有利的,但是,外界环境的较大改变对生物体却是有害的,除非这种改变是逐渐发生的。

当外界环境发生轻微的改变时,生物体是可以适应的,而当外界环境变化较大时,生物体就不能适应了。


如果混居在一起的各种族之间只有微小的差异,那么种族混居是有利于提高后代素质的。但是,差别较大的种族却会产生虚弱的后代或者不育的后代,甚至根本无法产生后代。伟大的性法则告诉我们,要延续种族就需要群体中有稍微不同的个体。这样看来,性法则与我们前面提到的法则之间似乎是有紧密联系的。

接下来的7章谈到了变异法则、分布、形态学、胚胎学以及分类法则,然后谈到了发育的原因。这样,以生物体的发育为纽带,所有问题都指向了物种的起源。在书中,作者是这样阐释他的观点的:


对于生物体结构和形态的起源,在人们明确给出或者暗示性地提出的原因中,只有两个是完全只与自然界有关的原因,这两个原因是:自适应自然选择。但是我认为这两个原因只能解释部分事实。而且,对于组织起源和物种起源这些问题,这两个原因给出的解释并不比根据普通的物质法则作出的解释更充分,并且根本没有注意到组织智能……但是,在我们断言只要加入组织智能的假定就能解释所有这些事实之前,我们还必须弄清楚,自适应和自然选择这两个法则到底能够解释多少有关有机体结构和功能的问题。

此外,作者还写道:


生命并没有中止物质通常的力的作用,而是通过它们来发挥作用。我相信,所有的生命都是有智能的。智能在所有的生命过程中都发挥作用,只是在最高等的生命过程中最容易被觉察到……营养、循环和呼吸在很大程度上是可以用物理和化学规律解释的。但是,感觉、感知和思考却不能这样解释。这些过程属于生命所专有。类似地,对于具有这些功能的器官,即神经、脑、眼睛和耳朵,我相信它们应该都是起源于组织智能的活动。



作者赞同赫伯特·斯宾塞先生的理论,即血管系统起源于自适应,肌肉系统也很可能起源于自适应。由此,作者认为单靠物理学理论并不能解释异常复杂的视觉器官的起源。他写道:


眼睛的结构和功能是很神奇的:视网膜的组织构造非常巧妙而复杂;眼睛里的透明体液形成了晶状体;眼睛中黑色素的沉淀能够吸收杂散光线从而使视觉清晰不受影响;眼睛中的虹膜具有在强光下关闭以保护视网膜而在光线转弱时又再次张开的能力;虹膜中有两类神经连接,一类是根部位于交感神经节中的神经连接,它能引起扩张,另一类是根部位于脑中的神经连接,它能引起收缩。所有这些结构与功能的产生,应该都不会受到光对眼睛的作用和眼睛自身活动的丝毫影响。


作者也不认为自然选择适用于这个例子(他承认,自然选择可以产生一些简单的器官,比如蝙蝠的翅膀)。他提到了两个相当有分量的观点。其中一个是来自赫伯特·斯宾塞先生的观点,即,在所有高等动物中自然选择必须借助于自适应,因为一个复杂器官任何部位的改变必然伴随着其他部位的许多改变,而这些改变是不可能通过自发变异产生的。但是作者指出,在眼睛这个例子中自适应并不会发生,由此,他觉得这个例子可能给那些认为同步变异并不是产生眼睛的必要条件的人提供了一个屡用不爽的例证(事实上这些人此前确实用过这个例子)。另一个观点是,在环节动物、软体动物和脊椎动物这三类高等群体中才出现了结构和功能发展得很好的眼睛,而在较低等的群体中,眼睛还是很初等的或者根本就没有眼睛。因此,完美的具有复杂结构的眼睛的产生,必然经过了三次以上的独立变异过程。作者对这个观点的第一条反对意见是,他认为大多数变异都是同时发生的。他的所有论述都是基于这个假设的。达尔文在关于灰色猎犬的阐述中说到,饲养者通过每次只筛选某一个特征可以使猎犬达到目前的高级状态。虽然作者也注意到了这些,但是他认为下面的论述是不可能的:“除非透镜材料的密度和曲率同时得到完美的改变,否则,任何方法都不可能改进任何由透镜组成的仪器的性能。”这个观点是完全错误的。如果一个透镜的焦距太长或者太短,那么我们就可以通过改变曲率或者改变密度使透镜的性能得到改善。如果曲率不规则导致光线无法汇聚到一点,那么任何能使曲率变得规则的方法都可以改善透镜的性能。因此,对于视力来说,虹膜的收缩和眼部肌肉的运动都不重要,只有那些可能在眼睛形成过程的某些阶段已经发生而且完善化了的改进才是至关重要的。这样看来,一旦有了眼睛的雏形,那么在那些对光和色彩具有敏锐感知能力的神经中发生的多个自发变异完全有可能都使眼睛的微观结构发生有利改变。但是应该可以肯定的是,眼睛受到这种影响的速度是异常缓慢的。不过,考虑到已经被严格界定了的志留纪的确切时限,那么三个主要类群(软体动物、环节动物和脊椎动物)中具备完美进化的眼睛的物种早在志留纪就已出现这一事实无疑就很难解释了。




在《变异速率》一章中,墨菲先生采纳的观点(被达尔文在认真检验之后驳斥了的)是,在许多情况下,物种是通过显著的变异即刻形成的,有时可以积累变异而形成不同的属。他列举了一些案例,如安康羊,多种类型的罂粟,以及突然出现变异并迅速繁殖的紫花曼陀罗。他认为有必要凭借这一观点来克服微小的自发变异中自然选择面临变化速度太慢的难题;任何形式的生命通过这一过程发育的话,都将需要无比漫长的时间,而这与地球上生命出现的时期相矛盾。但是为了克服这种困难,引入一个站不住脚的假说也毫无意义;而通过墨菲一厢情愿地认为有效的论据来看,这个通过单一变异就能快速形成物种的论点确实是站不住脚的。首先,这些显著的变异都不可能在自然状态下幸存,更别提形成新物种了,除非他们对物种是有用的。现在,人们认为大变异与普通的自发变异相比少之又少,而通常这种变异的特征很“畸形”,于是出现任何有用的特定变异的机率非常小。另外,通常要思考的另一点是,由于物种只是因为具有良好的耐性而与环境相适应才生存下来,同时环境只是缓慢地变化,所以物种更需要小的变化而非大的变化来维持适应性。但是即使环境迅速发生了巨大的变化,比如一些新物种的侵入或者由于几英尺的下陷导致低地平原洪水泛滥,那么在成千上万种可能的大变异中,恰好适应变化之后的环境的变异能在恰当的时间发生吗?为了适应今年的一种环境变化,相应的大变异也许需要一千年才会发生。

第二个论据更充分一些。墨菲先生全盘接受了赫伯特·斯宾塞先生的观点,即,认为一种变异无论多么微不足道都一定需要许多伴生的变异来保证它的持久性,这些伴生的变异只能通过缓慢的自我适应过程来产生;他认为这一论据无可置疑,并借此反对在没有产生自我适应的行为趋势的所有情况中复杂器官都是通过自然选择形成的;因此,更不容置疑的是突然发生在任何部位的一种大变异肯定需要大量伴生变异;这些变异偶然同时出现是非常不可能的;自我适应的缓慢过程不可能及时产生具有任何作用的伴生变异;因此我们不可避免地得到如下结论:任何单一的大变异如果缺乏必需的伴生变异,那它们除了对发生这些变异的个体产生伤害之外几乎不会起别的作用,因此在自然状态下,它们几乎可以导致物种的迅速灭绝。所以问题并不如墨菲先生臆想的那样,也就是说,问题并不是这种大变异能否在自然状态下发生,而是已经发生的变异能否维持并加强。计算结果表明必然有更快的变异模式存在。人们猜测灰狗在500年内从它的类狼祖先变化而来;但是有争论说,变异在自然条件下比在驯养条件下发生得更加缓慢,因此野生动物发生同样程度的变异花费的时间将是驯养动物变异时间的10倍。也有人说,由于野生状态下会发生自由交配,保留有利变异的机会将少10倍;因此在自然界中狼演化为灰狗将需要50,000年时间。经计算,汤姆孙爵士认为地球上的生命肯定是在一亿年这样有限的时段内产生的,因此根据这一理论,只需要2,000倍于产生可以明确识别的特异性变化的时间,就可以形成从原生动物到大象和人所需的特异性变化。

尽管上述计算中使用的许多数据都相当不准确,但是结果可能距离真相并不遥远;因为最近的地质学研究指出了一个与哺乳动物发生特定形式的变化所需要的时间有点类似的时期,这点很令人好奇。然而,地质年代这个问题非常庞大也非常重要,所以我们不得不在另外一篇文章里单独进行介绍。

墨菲先生著作的第2卷几乎全是心理学方面的内容,这里只能简要地提一下。这一卷主要概述了贝恩、米尔、斯宾塞和卡彭特所倡导的学说,并结合了很多引发激烈批评的新鲜思想。这篇著作的特别新颖之处在于提出“智能”是通过组织结构和精神现象彰显出来的这一理论。这种概念太难理解,因此这里必须奉上作者的原话:


我相信指导身体结构形成的无意识的智能,与能在头脑中变成意识的智能是相同的。人们通常认为这两种智能具有本质的不同:有意识的精神智能只为人类所具有,而造型智能则是神所拥有的。这种观点,使得两种智能毫不相干,没有为中间领域的本能所赋予的奇异性留下任何余地。但是如果我们承认生物创造中反映的所有智能在本质上都是相同的话,我们就会自然而然地想到并作出预期,即现实中应存在一种智能的等级,如同我们也确实发现的一样,从完全无意识的智能到完全有意识的智能之间的这种等级;而这些中间区域由无意识但有智能的动机行为所占据——用一个词形容就是本能……形成眼睛晶状体的智能与人类的头脑理解透镜理论的智能是一样的;使鸟类的骨头和翅膀羽毛成为空心的以将轻巧和力量结合起来的智能以及在需要的地方长出羽毛状边缘的智能,与工程师的头脑里将建筑物的铁柱设计得像那些空心的骨头和羽毛的智能没有差别……有人可能会说,这种对造型的、本能的、精神的智能的鉴别是泛神论的……我不是一个泛神论者:相反,我相信神的支配力量和智慧,它们远远超越了我们现存生命状态中所知道的或可能知道的所有力量和智能的体现……能量或者力量是神圣支配力量的结果;但是无论何时,石头掉落或大火燃烧都不是神圣支配力量的一种冒失操练。智能也是这样。所有智能都是神的智慧的结果,但是并不存在一种神圣意志为需要它的生物结构的每种新的适应,或者人类头脑中的每种新思想给出冒失判决。每位有神论者都会承认当一个新生个体降生时,不会有创造的冒失行为,我将这点引申一下,就是说我不相信存在一种创造新物种的冒失行为。我相信创世主并没有分别组建每种结构,而是赋予有生命的物质以智能,使其在这一智能的指导下自我组建;我认为泛神论是不会相信创世主没有令每块石头分别掉落、没有令每场火分开燃烧,只是赋予物质以能量,并且给予能量变换自身的能力。


我自己不能设想出这样的情况:非人的、无意识的智能在需要指导物质力量达到特定目标时恰好出现,而且这显然是无法论证的。另一方面,自然界中处于运作中的有意识的、个体的智能所具有的不同等级,按照它们的目的引导物质和精神的力量,就像人类为自己的目的来引导它们一样,上述理论既容易想到又必然能被证明。因此如果自然界存在如墨菲先生相信的那种物质和生命法则所不能解释的现象的话,在得到进一步的证据之前,采用简单的、更容易想到的解决方法不是更好么?

在该著作其余部分中我具有发言权的只有谈论科学的分类那一章,这部分提出了一种非常简单又有价值的方案。墨菲先生好像对赫伯特·斯宾塞先生关于这一主题的文章并不熟悉,而且值得注意的是,他得到了非常相似的结果,尽管这一结果不够完美也没有完全解决该问题,不过他的计划看上去对前人的各种研究成果有所改进。他将科学划分成两个系列,我们可以将它们称为初级的和次级的。初级科学是探讨一组确切的自然法则的科学领域,这些科学领域能够按一规则序列罗列下来(正如孔德提议的),每一领域都或多或少依赖于在它之前产生的那些领域,而总的来说,它又独立于随后产生的那些领域。另一方面,次级科学是探索一系列自然现象的科学领域,这些科学领域利用初级科学来解释这些现象;这些领域也可以通过一系列逐渐减弱的普遍性和随后产生的领域的独立性加以罗列,但是该系列与初级科学的系列相比,它们不够完整也不够系统。这两个压缩后的系列如下:


以次级科学或者复合科学目录中的第一个(即天文学)为例来说明,我们可以将其定义为使用前5种初级科学来获取关于天体的知识的学科,我们几乎不能说这些科学中的哪一个比另外某个更重要。也许我们会有与孔德一样的倾向,认为将高等数学运用到地心引力法则来计算行星运动是现代天文学的基本特征,相比之下天文学的其他部分都无关紧要了。因此,不妨考虑一下如果地心引力法则尚未发现,那么今天这一科学会被置于何地?我们大大增加的观测资料和精密的仪器使我们能够确定许多行星运动及其长期变化的经验法则,从而可以提前一段时间精确地将所有行星及其卫星的位置计算出来。所有这些关于行星天文学和恒星天文学的大小和距离的事实都将被非常精确地确定,所有这些出自现代望远镜以及光谱分析的知识都会像现在一样完备。如若不然,那么除非靠运气,不然就不会发现海王星;航海天文年历也不会提前4年就出版;我们也不能通过月球距离确定出经度,我们也不会知晓由牛顿伟大定律的知识而获得的那种智能;但关于星云、太阳、月亮和行星结构,光谱分析结果,光速以及行星和恒星空间的广阔维度的所有奇迹都会像现在一样全部为我们所熟知,这些知识将形成一门天文学,而这门科学在尊严、庄重和强烈的趣味性方面都不会逊色于我们现在拥有的天文学。

墨菲先生反对我们把他概括出来的科学系列假定为囊括所有能够为人类所知的领域。他声称已经全身心投入到这一可以被称为实证科学的工作之中了,但是他同样相信形而上学和神学,准备在另一篇著作中单独讨论它们与实证科学的关系,从作者的伟大原创性和思虑的慎重性方面考虑,这本著作无疑具备精读的价值。


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