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主题: 【转帖】科学研究方法的还原论本质

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【转帖】科学研究方法的还原论本质

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【转帖】科学研究方法的还原论本质 -- 咯咯乌 - (3960 Byte) 2010-12-28 周二, 22:56 (1950 reads)

咯咯乌

头衔: 海归中校
声望: 教授
性别: 性别:男

年龄: -317
加入时间: 2006/07/14
文章: 2122
来自: 森林边上的小木屋
海归分: 41890

标题: 【金唢呐】还原论不是万能的，没有还原论是万万不能的 (375 reads) 时间: 2010-12-28 周二, 23:15

作者：咯咯乌 在海归茶馆发贴, 来自【海归网】 http://www.haiguinet.com

还原论不是万能的，没有还原论是万万不能的

【金唢呐】

拙作“思维”上下篇贴出后，赞同和拍砖的都有，让我受益匪浅。其中“我要注册”网友板砖分量最重。我原想认真回应一下，可仔细把贵帖读下来，又不知从何下手。老册网友先是定义说“我觉得：老金的系统论是伪系统论”。结论倒是下的痛快，可未见他的推论过程。在文革中，这种现象叫“帽子底下不见人”。我在原帖中，主要就系统生物学谈了自己的看法，按说老册网友也是搞生命科学的，应该指出我给出的系统生物学概念（即“系统生物学是组学（基因）技术、系统论和计算信息技术整合研究生物系统”）到底“伪”在何处，再给出自己“真”系统生物学的概念来。但老册网友没这么做，而是引用一位不知姓名物理学家语录，从“经典物理学观念根深蒂固的老一辈物理学家要接受量子力学的观念是不可能的”来推论我由于长期“深受还原论‘浸淫’”，已经没有接受系统生物学的可能。

这真让人哭笑不得，好像系统科学是什么新玩意儿，这系统科学的老三论（系统论、控制论和信息论，即SCI论）是四十年代的玩意儿；新三论（耗散结构论、协同论、突变论，也称为DSC论）是七十年代的东西，毫无新鲜神秘之处。我最近听到过的那些开系统生物学讲座的，不少都是老家伙。说句大家不爱听的话，还多是在实验室干不出名堂的老家伙。当然，干不出名堂的原因各不相同，有的是主观上不愿意干，有的是客观上没有掌握相关的知识或技术，还有的是实验室条件不具备。别的干不了，讲讲这些挺风光。再点缀些“天人合一”之类的传统文化，更显大师风范。

若老册网友按照量子力学讲下去也行，没想到话锋一转，又扯上了19世纪的热力学第二定律。谁都知道，还原论正式提出就是受到经典物理学的启发，这还有必要再讨论吗？老册网友说：“以热力学第二定律而言，先是通过物理学家们通过宏观的、纯粹唯象的研究，获得了熵的概念，后来才由波尔兹曼用统计学的方法找出了熵的微观解释。”这“微观解释”不就是通过分析思维、还原论的方法进行的深入研究吗？物理学家，无论是牛顿、爱因斯坦还是霍金，研究问题基本上都是还原论的方法，这恐怕没什么争论吧。对还原论的批判者都不应该忽略这样一个事实：还原论方法是人类研究复杂整体的一种必不可少的手段。毫无疑问，是还原论方法创造了近现代科学400多年发展的巨大成功，乔治.考温（Goerge Cowan）说的一点没错：“通往诺贝尔奖的堂皇道路通常是用还原论的方法开辟的”。衲网友还要找考温语录的上下文，我看还不如把诺奖得主名单调出来，考证一下考温所述是否是事实。不管将来会怎样，复杂性理论如何普照自然和人类，从已经发生的科学进展看，还原论毫无疑问是科学研究必须采用的方法。

以后老册网友又把话题扯回到了医学上面。说句不厚道的话，我看老册网友的帖子感觉有点像最近流行的一段经典语录：“有的人，你跟他讲道理，……你跟他讲法制，他跟你讲政治；你跟他讲政治，他跟你讲国情；你跟他讲国情，……他跟你讲道理。”这思维方式的讨论也是一样，这样下去的结果就是车轮大战一场，最后回到原点。我看倒不如以分子生物学为例，把分析思维、还原论再讨论一番。老册网友也就别再掖着藏着了，把你那“真系统生物学”掏出来让咱见识一下。

说起系统生物学来，也不用说度分布、小世界效应、聚集性、鲁棒性之类的名词术语，掰开了揉碎了说，系统生物学的核心就是“整合”，即把不同层面得到的分析结果进行“整合”。其实还原论、分析思维都有个对所得到的结果进行“整合”的问题，只不过没有分子生物学之前，这些整合都比较简单，用不着有专门的理论和技术来处理。举个最简单的医学例子，某人胸闷、呼吸困难前来就诊，先整体观察一下，然后用听诊器听听肺子，拍个胸片，有必要的话再来个CT；心脏的毛病也不能排除，听诊器听听心脏，做个心电图，有必要的话再做个超声心动，然后再根据全身症状、局部（心肺）检查结果做出诊断。所谓专家会诊讨论，就是不同的人对不同层面的诊断结果有不同的“整合”意见。在没有听诊器、心电图机、X光机等发明之前，只有全身症状观察之类的“整体思维”，不过现在如果还有谁敢只靠“整体思维”，估计挨揍是早晚的事儿。

但自从有了分子生物学以后，事情就变得复杂起来。也就是说分子的改变和整体看到的变化无法对应起来。这里面原因很多，我在前文也列举了一些，如：整体的复杂性、分子数目庞大、联系方式复杂（网络联系，而不是“单线联系”）、分子间的相互影响（interaction、cross-talk），甚至还涉及不当分解、最小功能单位等概念。而系统生物学要利用现代系统论的理论和计算机技术，实现从基因到细胞、到组织、到个体的各个层次的整合。这种整合，英文应该是“Integration”，是对不同层次分解分析结果的整合。换句话说，不同层次分解分析结果，是整合的水之源、木之本。没有数据便去整合，“那不是见鬼了吗？”（伟大领袖又发怒了）。之所以系统生物学目前广受“空泛”的指责，就是还没有拿出能广泛应用、解决问题的公式、模型，没有找到信号传递的规律，只能“step by step”地去碰。换句话说，逻辑推理在这儿派不上什么用场，只有靠实证解决问题。

说到这儿，我还得再说句泄气话，我不认为中国人在“整合”方面有什么特长和优势，就拿“中西医结合”（不是配合、联合）来说，搞了六十多年，投入了几百亿（恐怕还不止），除了为广大科技人员晋级升职、旅游购物创造了方便外，到底“整合”出了什么名堂，恐怕圈内人都心知肚明。另外，我也不认为洋鬼子在“大局观”上面有什么先天不足。从理论上说，脸朝黄土背朝天、祖祖辈辈守着一亩三分地过日子的农耕民族，比开着战舰到世界各地投机倒把、掠夺、扩张的海洋民族更有大局观，道理上似乎说不过去。从事实看，无论是过去的日不落大英帝国、还是今天的全球霸主美帝国主义，若硬说人家不懂大局观、整体观，而把自己周边国家搞成“环中国包围圈”的中国人这方面怎么高明，恐怕自己都觉得可笑。看看人家的青山绿水、蓝天白云，再看看国内的黑水秃山，还好意思输出什么“天人合一”环保观念，这事儿也就咱们干得出来。“谁个劣，谁个不劣”世界人民都清楚，唯有中国人民最糊涂，或者是揣着明白装糊涂。

另外，老册网友“自下而上”和“自上而下”我看好像就是“推演法（即演绎法）”和“归纳法”的另一种说法吧？若是这样，中国人最缺乏的就是“自下而上”能力，而且因此阻碍了科学的发展，错过了让近代科学诞生在中国的机会。这可不是我这个伪劣冒牌货说的，而是“真”科学家杨振宁的观点。对不起，杨先生又是个八十几岁的老家伙。不过这头老牛可是吃了嫩草的，没准焕发出第二春来接受新事物能力比本坛中青年还强。

杨振宁认为，中华文化只有归纳法，没有推演法。而推演法对于近代科学产生的影响无法估量，近代科学就是把归纳法和推演法结合起来而发展起来的。他还认为，中华文化的归纳法的来源就是《易经》，但由于中华文化没有发展出推演法，所以没有产生近代科学。对杨振宁的说法我基本认同，只不过近代科学没有在中国诞生不仅与思维方式有关，影响因素很多，包括生产方式、文化传统、政治制度、自然环境等。另外，讨论中国人的思维方式，都归罪于《易经》也有些牵强。

说到这儿我还要对那位徐建新网友道声对不起，我这外行拂逆了您的好意，因为时间有限没按照您给我拉的书单去阅读英国人丹皮尔著的《科学史》和爱因斯坦的著名短信，还是请您提纲挈领的介绍一下吧。关于中国科学发展的“李约瑟之谜”，各路人马见智见仁，答案海了去了，俺老金不大相信爱因斯坦对中国科学发展的认识水平能超过杨振宁这样美籍华人科学家。另外，还请您对“满篇外行话”的外行之处略指一二。我知道这对您过于残酷，因为很可能您认为外行的地方，早已是业内人熟知的常识，不信就放马过来试试。

说到还原论、推演法（或曰“自下而上”法）研究方法的成就和局限，依我看最典型的例子莫过于分子生物学了。分子生物学研究的对象是生物个体分子，通过纵深解析系统的特定基因或者蛋白质、酶、核酸等生物大分子的结构、功能和相互关系，从而推演生命现象的物质基础和生命过程的基本活动规律。实事求是说，由分子生物学推演生命基本活动规律极为困难，“纯”还原论和演绎法的分析方式确实遭遇到了挑战。

“还原论”一词十分年轻，它是20世纪50年代的产物。第一个用到它的是著名哲学家蒯因(Willard Van Orman Quine)。1951年蒯因在《经验论的两个教条》一文中正式提出还原论(reductionism，又翻译为还原主义)一词。虽然还原论的概念历史不长，但还原论思想本身却久远得多，许多哲学家和科学家曾对它进行过考察和研究。在中国文化中，把对象分解为它的组成部分去研究的做法古已有之，阴阳五行、五脏六腑、元气说等就是例证。在西方文化中，还原的信念更是源远流长，古希腊的先哲们大部分都有这样的思想。例如，泰勒斯的水，赫拉克里特的火、恩培多克勒的四素说（水、火、土、气）、亚里士多德的四因说等等，都试图把自然现象的复杂性认识归结到寻求一种或几种本源。德谟克里特关于世界一切事物和过程都可还原到“原子”的属性及其运动的原子论，就是一种典型的朴素还原论思想。但无论古中国，还是古希腊等其他古代民族，都没有形成系统的分析方法，更谈不上形成现代还原论这种完整的方法论。

从科学和哲学思想上说，还原论和分析思维的主要奠基者是笛卡尔。他在从事具体科学研究的同时，特别关心科学思维方式和方法论的探索，倡导通过仔细的演绎推理从基本的不可还原的思想中追求真理。因为他相信，存在“所有物体的普遍的质”，科学的目的就是把一切对象都还原为这种“质”。笛卡尔提出适用于指导人们思维活动的四条原则，相当完整地规定了还原论和分析思维的基本内涵:

第一条: 凡是我没有明确地认识的东西，我决不把它当成真的接受。也就是说，要小心避免轻率的判断和先入之见，除了清楚分明地呈现在我心里、使我根本无法怀疑的东西之外，不要多放一点东西到我的判断里。
第二条: 把我所审查的每一个难题按照可能和必要的程度分成若干部分，以便一一妥为解决。
第三条: 按次序进行我的思考，从最简单、最容易认识的对象开始，一点一点逐步上升，直到认识最复杂的对象；就连那些本来没有先后关系的东西，也给它们设定一个次序。
第四条: 在任何情况之下，都要尽量全面地考察，尽量普遍地复查，做到确信毫无遗漏。

跟“还原”关系最密切的就是第二条，就是说，笛卡尔主张细分问题并逐条分析之。一个理论的或实际的问题摆在面前，如果你觉得它太复杂，无从下手，就把整体分解为部分，把“母问题”分解为若干“子问题”；如果“子问题”仍然复杂难解，就对它们再行分解成“孙问题”，如果它们仍然显得复杂，那就继续分解，直到找出那些更小也更容易理解的对象。你把一个个“子问题”“孙问题”都搞清楚了，总问题或整体也就能够搞清楚。

以后，笛卡尔的方法论思想被牛顿、爱因斯坦等历代科学大师的补充和发展。牛顿1687年出版的《自然哲学之数学原理》的序言中提出，一切自然现象都可以归结为质点（机械性的原子）在时空中的机械运动，一切物质系统都可以归结为用各种力粘合在一起的质点组。最重要的还不是牛顿说什么，而是牛顿的革命实践活动，牛顿领导的自然科学革命开创了精确科学的时代。经典机械力学的诞生标志着近代机械还原论的真正确立。经典物理学的光学、声学、热学、电磁学等研究都采用了这种纯粹力学的研究方法，各种光学、声学、电磁学现象不过是不同时空的粒子运动。我不知道老册举热力学第二定律的意思是什么，近代物理的重要成果之一就将热现象还原为分子运动的平均动能，热过程都可以最终归结为力学过程：“牛顿的运动方程也是热的分子运动的唯一基础”（爱因斯坦语）。以后量子电动力学的完善，又是个还原论的重大胜利：原则上可以根据它解释所有的化学定律，推算出每种物质的性质，如熔点，沸点，硬度，导电性能等。

生命科学搞到今天生物大分子、基因的水平，应该说薛定谔的大作《生命是什么？》立了奇功。这部书的问世标志着量子生物学的真正诞生。老薛运用热力学和量子力学理论来解释生命的本质，用量子力学的观念论证了基因的稳定性和突变发生的可能性，同时还用统计物理学中有序、无序和熵的概念分析生命现象。在方法论上，他强调以物理学和化学的理论、方法和实验手段来研究生命活动。在薛定谔鸿文的感召下，一帮物理学家闯入生物学和遗传学研究领域的结果。没有这帮物理学家，生命科学不是今天这个样子。

首先是新西兰物理学家威尔金斯、英国物理学家克里克勾结上美国生物学家沃森，根据他们看到的那个X射线的衍射图推测出DNA的三维结构，做了大量的假设和实验，用双分子螺旋结构完美地解释DNA自我复制、转录等功能，发现了核酸分子结构和生物中信息传递的意义而荣膺了20世纪含金量最高（至少也是之一）的诺贝尔生理学或医学奖。以后美国宇宙物理学家伽莫夫伽莫夫（G•Gamov）提出遗传密码的设想，美国生化学家尼伦贝格（M.W.Nirenberg）对遗传密码给予了确切解答。在生物学科学史上，最初达尔文和华莱士把生物进化解释为遗传和自然选择的结果；接着20世纪的生物学家把遗传解释为基因和变异的结果；然后克里克和沃森把基因机理解释为DNA 分子结构的结果，借助于足够大的计算机，DNA分子结构可以解释为薛定谔方程的一个解。量子生物学的诸多成就也从另一侧面说明了现代狭义还原论的巨大胜利。

从1950 年代分子生物学研究开始，这帮闯入生命科学领域的研究者在很大程度上是依据的是系统各组分的物理和化学性质解释生物系统。在很长一段时期，还原论作为有力的分析方法学使研究者能够分析各种基本的分子、细胞、生理和病理过程。他们认为，生物学规律可以还原为物理化学规律，各种生命现象可以从物理、化学那里得到说明，生物学只是物理学与化学的一个分支理论。这帮物理学家不少人都有这样的信念“现代生物学研究的终极目标是用物理和化学原理解释所有生物现象”（DNA双螺旋模型的创立人之一克里克的名言）。

可以说，经过四百年科学实践的检验和锤炼而不断完善，终于形成还原论和分析思维在现代科学各领域中全方位的支配地位，最后由卡尔纳普、亨普尔等逻辑经验主义者发展成为一种精致的哲学思想。

根据还原所涉及的学科范围，还原论分为狭义还原论与广义还原论。狭义还原论则特指生物学中的机械力学还原论以及其后发展而成的生物物理主义。广义还原论是指涉及一切领域的科学哲学意义上的还原论。广义还原论又可分为本体论还原论、理论还原论和方法论还原论。

很明显，本文所说的是方法论还原论。方法论还原论是一种旨在将复杂性分解为更为简单的组成部分以研究其本质与规律的认识复杂性的方法。它指将高层次还原为低层次、将整体还原为各组分进行研究，通过研究各组分的关系来推导、解释整体的性质。这既是科学发展的必然要求，同时也与人的认识规律相符合。方法论还原论具有以下两个主要特点:

一是它包含了一种通过认识事物的各个部分而达到认识事物整体的方法。由于任何整体都由其具体的部分构成，因而认识整体就必须认识构成整体的各个部分以及各个部分之间的相互联系、相互作用，从而认识部分就构成了认识整体的必要前提。任何整体的性质可以小于、等于或大于其各部分性质之和，但由于任何整体都由其具体的部分构成，因而认识整体就必须认识构成整体的各个部分以及各个部分之间的相互联系、相互作用，从而认识部分就构成了认识整体的必要前提。离开了对各个局部机制的认识，对整体的把握也便成为贫乏的抽象。

二是它包含了一种由里及表、由本质到现象的认识方法。它主张从事物内部、从对构成事物组成要素的考察入手以探索事物的规律。即使是复杂系统也是一样，“亚马逊河流域热带雨林中蝴蝶偶尔扇动几下翅膀，可以在两周以后引起美国德克萨斯州的一场龙卷风”，只是说明一个动力系统中，初始条件下微小的变化能带动整个系统的长期的巨大的连锁反应。这个反应过程是混沌的，极为复杂的，不是简单的一对一的线性关系，而并不是说可以不去研究引起龙卷风的原因。

与之相对的是整体论（Holism），强调研究高层次本身和整体的重要性，用系统、整体的观点来考察有机界。如同还原论一样，整体论的思想萌芽也早已有之。我国古代医学经典《黄帝内经》最大的特点便是从调理人的整体机能入手看待和医治疾病。古希腊哲学家亚里士多德关于“离开人的手就不算人的手”的论断，更是对整体思想的强调。实际上，整体论思想应该比还原论思想诞生得还要早，只不过后来随着西方近代科学的兴起，整体论在科学研究中起到的作用逐渐衰微。由于生物体是最为复杂的系统，还原论和整体论在生物学史上的对抗最为强烈，持续至今。而方舟子认为，“整体论虽然迟至二十世纪20年代才由史末资正式提出，但历史上各种反还原主义的思潮都可归入这一阵营，包括：泛灵论、目的论、神创论、活力主义、拉马克主义、米丘林—李森科主义等。这些思潮都已在生物学界失去了市场，只在生物学界之外还有信徒。”2O世纪3O～50年代，贝塔朗菲总结了生命科学的新成就，在批判机械论和活力论的基础上，系统地提出了有机体论即整体论。

后来中国人审时度势，由国内学者又提出了“融贯论”(Syncretism)：“既包括客观的过去和现在，也包括未来；既重视分析，也重视综合；在研究具体系统时，既注意部分也注意整体；从内外上下、横纵前后认识和解决问题。”“既吸收了整体论从整体看问题的长处，又涵括了还原论深入分析问题的优点。这是一种在注意克服各自局限性的前提下，敞开胸怀、取长补短、实现互补而形成部分和整体、分析和综合有机融合的新的方法论。”“坚持还原论与整体论相结合、微观分析与宏观综合相结舍、认识理解与实践行动相结合、科学推理与哲学思辨相结合和定性判断与定量描述相结合。”

其实“融贯论”这一套只要是老家伙都熟悉，完全是辩证法那一套，百分之百正确，但全都是尽人皆知的废话，说了等于没说。钱学森的系统论也是这一套（伪不伪不知道）：“我们所提倡的系统论，既不是整体论，也非还原论，而是整体论与还原论的辩证统一，是更高一层次的东西，即我们的系统论既要包括整体论，也要包括还原论。”

实事求是说，那些反对还原论、提倡整体论的学者们，虽然拿出来的尽是些空泛论述，在真正科研中也未见有什么实际用处，也没做出什么具体的建树，可实际上他们对科学的贡献功不可没。在他们不断的提醒、敲打之下，人们在用分析思维和还原方法进行科学研究的时候，不至于走极端，不至于走火入魔。这有点像西方的左派所发挥的作用。我感觉不管是西方还是东方，左派总起来说智力偏低，拿不出切实可行的治国办法来。可在一个正常的民主社会里，他们的存在有纠偏的价值，如果都是撒切尔、里根这类的强硬保守分子，都是唯市场论、唯竞争论，社会的发展就会走向极端，也是件很可怕的事情。

我觉得经过这么多年的激辩，至少那些还原论者需要考虑下面几个问题：

1、应该如何还原？在进行拆分的过程中，很多信息就会丢失，比如我前边提到的氢原子、氧原子与水分子的关系。但在生命研究的过程中，这种丢失掉的信息较水分子要复杂得多，使得局部研究的结果很难预测、解释整体生命现象。整体并不等于部分之和，而是各部分及其相互作用之和。人类思维活动能测到的就是脑细胞内的各种物理化学反应，但分析这些物理化学反应对理解人类的思维活动并没有多少意义。那种以为生物学最终可绝对、完全地被还原为物理、化学的追求只是一种乌托邦式的一厢情愿，跟“人类一定会实现共产主义差不多”。生命是蛋白质和核酸的存在方式不假，它的确都是物理化学反应也不假，但是认识了生命的物理化学反应过程并不等于认识了生命性质和意义。

2、应该还原到什么程度？从理论上说，物质是可以无限分割的。我前边表示过我的担心，会不会科学家继续搞什么“原子生物学”、“原子核生物学”、“夸克生物学”，依我看，即使是现在的分子生物学，在很多研究领域都是没有必要的。还原的过程必然只能进行到一定的层次，这不仅仅因为我们的智慧和手段不够，还有更重要的原因是没有意义。比如进行社会学研究，你可以分解还原到国家、族群、地区、村落、家庭、个人。但是在往下分解成脑袋、躯干、四肢就毫无意义。从自然科学来说，自然界本身就是不可以彻底还原的。

3、整体认识仍然是必要的。尽管局部认识可以使整体认识变得更为深刻、更为具体，但它毕竟不能代替整体认识。整体论认识方法是方法论还原论的必要补充。现象与本质之间的存在着对立统一关系，这种由里及表、由本质到现象的还原论认识方法也应与由表及里、由现象到本质的整体论认识方法相结合。举个例子说，给你个计算器让你来“认识”，不管你如何拆解分析，一开始的照着说明书把各个键钮按来按去都是必要的，否则你不管怎么拆解分析，也不能真正“认识”这个计算器。我前边列举的骨头的例子也是一样，不管怎么测定钙、磷、胶原蛋白，骨头的色泽、质地、重量也是非常有用的信息。

4、整体的有些性质，不是通过研究组分就能被认识的。当各组分被有机地组合在一起时，整体会表现出新的性质，这就是突现（emergence）。举个可能是不恰当的例子，一群胆小怕事的怂蛋，在某种条件下聚集在一起时，可能个英勇无比的战斗团体。还有所谓“人来疯”也是一样，只有在人多的环境中，他才会“疯”，个人独处表现不出这种特性。系统论（也就是老册眼里的“伪系统论”）实际上强调的就是这一概念。系统论的创始人贝塔朗菲把亚里士多德看成是系统思想的始祖，并指出：“亚里士多德的论点‘整体大于它的各个部分的总和’是基本的系统问题的一种表述，至今仍然正确。”“整体大于部分之和”和突现性质，是生命诞生及其进化的主要动因，自组织系统自发地将组分及其互作组织成具有突现性质的适应性结构，即生命通过改变自身以适应变化着的外部环境。这种特性使得地球上形成如此繁多的生物物种，使得人类这样高级的生命形态能够从原始的单细胞进化而成。

就我自己的体会而言，由分子生物学推演生命基本活动规律极为困难，“纯”还原论和演绎法的分析方式确实遭遇到了挑战。衲网友在以前的帖子里也提出过这样的质疑：

“我觉得，‘分析使人进步’，这个话应该加上一定的限制。比如，这一两年，我越发感觉，分子生物学取得的巨大成绩使很多人产生了错觉，使人感觉似乎生物医学就是应该照这条路发展了。但实际上，分子生物学，包括基因疗法这些东西，真正成功的例子很少，真正用于临床的东西很少。医学真正的发展实际上是医疗机械的发展，仪器的发展，而不是科学意义上的发展。这些年的诺贝尔奖，真正用在临床的，比如幽门杆菌，试管婴儿等等，其实都是传统意义上的生理学，根本没有达到基因的层次。所以，我觉得，分析到了一定的阶段，牛角尖就会钻到头。所以，现在才有系统生物学的兴起。”

衲网友说的有些道理，下面我想以分子生物学为例，就近一二十年来“医学的发展是不是科学意义上的发展”说一点自己的看法。

分子生物学确实是生命科学研究领域最火的学科，“21世纪是分子生物学的世纪”的说法我认为并不过分。其实在千禧年之前，科学的发展就已经进入到分子生物学的时代了。马克思有句名言：“以往一切哲学都在解释世界，而问题在于改造世界”，由于马克思主义在中国的普及，哲学就成了“人们认识世界、改造世界的重要工具”。而且马克思哲学与其它哲学的根本区别在于，马克思哲学是“改造世界”的哲学，因而是“革命的哲学”；而其它哲学是“解释世界”的哲学，因而属于“保守的哲学”。依我看，生命科学的目的也不过如此：一是为了“解释”，也就是认识生命，揭示生命的本质和奥秘。若再细分实际上还可以分为“它们是什么”（也就是查明生物体的结构），和“它们做什么”（也就是查明生物体的功能）。二是“改造”，也就是直接造福（诊断、预防和治疗疾病）或造祸于人类。

从诺贝尔自然科学奖评奖情况来看，我感觉主要看重“解释”兼顾“改造”（有点“效率优先兼顾公平”的意思）。也就是更看重研究的理论价值，对将来科学发展的影响。有些诺奖成果，像弗莱明发现青霉素，既有理论意义，即开辟了一个新的思路：用真菌或细菌产生的代谢物来杀灭病原微生物，开创了一个新的时代；也有直接的应用价值，他所发明的青霉素直接用于临床，能治疗十几种感染性疾病，至今临床也还在使用。而像链霉素、试管婴儿之类的诺奖成果，看重的则是其应用价值。

从2000年—2010年这11年内诺贝尔生理学或医学奖以及诺贝尔化学奖获奖项目来看（附1），生理学或医学奖跟分子生物学有关的研究占了绝对优势，除了核磁共振、幽门螺杆菌和试管婴儿三项外，全部与分子生物学有关。化学奖只要是在生物化学领域的，除了2008年“绿色荧光蛋白”外（严格说跟分子生物学也有关，但属于“先整体后分析”），也全部跟分子生物学有关。有些应用项目，如试管婴儿，在实际临床应用中也离不开分子生物学技术。像现在开展的植入前遗传诊断（PGD），就是用分子生物学的手段，对配子或移入到子宫腔之前的胚胎进行遗传学分析，去除有遗传缺陷的配子或胚胎。

以上事实证明，分子生物学在“解释世界”方面已经发挥了重大作用，相比较而言，在“它们是什么”和“它们做什么”两个方面，前者的研究远比后者更为成功。过去的几十年，正是由于分子生物学的诸多发现，让人类在更深层次上认识了生物体的结构、行为和功能。可以说没有分子生物学，我们对生命的认识到不了今天这个层次。套用一句政治口号就是“没有分子生物学，我们至今还在黑暗中瞎猜”。分子生物学，主要研究基因的结构、复制、转录、翻译、表达调控和表达产物的生理功能，以及细胞信号的转导等，如果没有分子生物学，我们对于遗传能有多深的认识？大概还是“种瓜得瓜，种豆得豆”、“龙生龙、凤生凤，老鼠生儿会打洞”。举例说，如果确定某后生是不是某两人爱情的结晶，在没有分子生物学技术之前，唯一可采取的办法就是整体观察，也就是看看某后生和某两人长得像不像。某些遗传性疾病，我们永远也不知道它们为什么会发生。从本质上讲，一切疾病都是由于自身基因的改变或外来基因的侵人造成的。自身基因的病变可导致各种遗传病、肿瘤和自身免疫病等，大量病原体携带外来基因侵入人体可引发各种感染性疾病。

【未完待续】

2000-2010年的诺贝尔生理学或医学奖概览
2000年，阿尔维德•卡尔森（Arvid Carlsson，瑞典），保罗•格林加德（Paul Greengard，美国），Eric R. Kandel（美国），关于神经系统信号传导方面的研究。
2001年，美英科学家勒兰德•哈特韦尔，蒂莫希•亨特，保罗•诺斯发现细胞周期中的关键调节因子。
2002年，美英科学家悉尼•布伦纳，罗伯特•霍维茨，约翰•苏尔斯顿，发现器官发育和细胞程序性细胞死亡（细胞程序化凋亡）的遗传调控机理。
2003年，美英科学家保罗•劳特伯（Paul Lauterbur，美国），曼斯菲尔德（Peter Mansfield，英国），关于核磁共振成像的研究。
2004年，美国科学家理查德•阿克塞尔和琳达•巴克，关于嗅觉的研究，发现让人类分辨出1万多种气味的受体。
2005年，巴里•马歇尔(Barry J. Marshall，澳大利亚)，罗宾•沃伦(J. Robin Warren，澳大利亚)，发现了幽门螺旋杆菌以及该细菌对消化性溃疡病的致病机理。
2006年，美国科学家安德鲁•法尔和克雷格•梅洛，发现了RNA(核糖核酸)干扰机制。
2007年，美国科学家马里奥•卡佩奇和奥利弗•史密西斯、英国科学家马丁•埃文斯因为“在涉及胚胎干细胞和哺乳动物DNA重组方面的一系列突破性发现”而获得这一殊荣的。这些发现导致了一种通常被人们称为“基因打靶”的强大技术。这一国际小组通过使用胚胎干细胞在老鼠身上实现了基因变化。
2008年，德国科学家哈拉尔德•楚尔•豪森因发现人乳突淋瘤病毒引发子宫颈癌获此殊荣，两名法国科学家弗朗索瓦丝•巴尔－西诺西和吕克•蒙塔尼因发现人类免疫缺陷病毒获此殊荣。
2009年，美国科学家伊丽莎白•布莱克本、约翰•霍普金斯医学院的卡罗尔•格雷德、杰克•绍斯塔克因发现端粒和端粒酶保护染色体的机理而获此殊荣。
2010年，英国生理学家罗伯特爱德华兹因为在试管婴儿方面的研究而获此殊荣。

2000-2009年的诺贝尔化学奖概览
2000年，诺贝尔化学奖授予美国科学家艾伦黑格、艾伦•马克迪尔米德和日本科学家白川英树，以表彰他们有关导电聚合物的发现。
2001年，诺贝尔化学奖授予美国科学家威廉•诺尔斯、日本科学家野依良治和美国科学家巴里•夏普雷斯，以表彰他们在不对称合成方面所取得的成绩。
2002年，美国科学家约翰•芬恩、日本科学家田中耕一和瑞士科学家库尔特•维特里希，以表彰他们在生物大分子研究领域的贡献。
2003年，美国科学家彼得•阿格雷和罗德里克•麦金农，分别表彰他们发现细胞膜水通道，以及对离子通道结构和机理研究作出的开创性贡献。
2004年，以色列科学家阿龙•切哈诺沃、阿夫拉姆•赫什科和美国科学家欧文•罗斯，以表彰他们发现了泛素调节的蛋白质降解。其实他们的成果就是发现了一种蛋白质“死亡”的重要机理。
2005年，三位获奖者分别是法国石油研究所的伊夫•肖万、美国加州理工学院的罗伯特•格拉布和麻省理工学院的理查德•施罗克。他们获奖的原因是在有机化学的烯烃复分解反应研究方面作出了贡献。
2006年，美国科学家罗杰•科恩伯格因在“真核转录的分子基础”研究领域所作出的贡献而独自获得2006年诺贝尔化学奖。
2007年，诺贝尔化学奖授予德国科学家格哈德•埃特尔，以表彰他在“固体表面化学过程”研究中作出的贡献。
2008年，美国科学家下村修、Martin Chalfie和钱永健因发现并发展了绿色荧光蛋白（GFP）而获得该奖项。
2009年，美国生物学家文卡特拉曼•拉马克里希南、美国科学家托马斯•施泰茨和以色列女生物学家阿达•约纳特因在核糖体结构和功能研究中的贡献共同获该奖。
2010年，美国科学家理查德•海克、伊智根岸和日本科学家铃木彰因在有机合成领域中钯催化交叉偶联反应方面的卓越研究获奖。

分子生物学在“改造世界”，也就是造福或造祸于人类方面，也取得了巨大的成就，世界首富比尔盖茨曾断言下一个超过他的首富一定出自基因生物领域。但客观说，远不如在“解释世界”方面的成就辉煌。据我所知，目前分子生物学在农业、制药业、畜牧业等领域应用十分广泛。就拿基因工程这块来说，胰岛素、干扰素、乙肝疫苗、人造血液、白细胞介素都是用基因工程方法生产出来的。按中国现在的糖尿病发病率，靠猪胰岛素根本解决不了问题。各种转基因农产品更是海了去了，最多的是大豆和玉米，美国大部分大豆玉米都是转基因产品。中国政府对粮食这块比较谨慎（这也是必要的），往肚子里吃的不敢种，但身上穿的转基因棉花可没少种。

在农村呆过的网友都知道，在没有引入转基因抗虫棉之前，棉铃虫害是个无解的难题。一是棉铃虫钻进棉桃里农药打不进去，更重要的是，棉铃虫抗药性极强，哪怕将它们浸泡在农药溶液里都死不了，在液面上悠哉闲哉，胜似闲庭信步。最后棉农们被逼无奈只好抓棉铃虫，每人每天抓个千八百只毫无问题。可现在省事了，把棉花种上就进城打工去了，棉蚜虫一咬棉桃就自行死亡。当然，棉蚜虫的天敌盲蝽蟓现在有所增多，但盲蝽蟓要好对付得多，对农药敏感。而且现在第三代抗虫棉已经携带有抗盲蝽蟓的基因，有可能在五年内进入市场。总体上说，转基因抗虫棉还是非常成功的，现在的市场占有率达95%。所以，对转基因产品痴迷者如方舟子，将此列为“成功范例”，希望政府像引入抗虫棉一样引入转基因大豆。我这里并不是说转基因的棉花没有问题，像对生态平衡的影响就需要考虑，还要研究解决。不用化肥、不打农药、不用转基因的农作物生态环境当然好，可惜无法伺候这14亿人口。

分子生物学在医学领域应用也不少，但多集中在检验医学、法医学领域，像用生物芯片为基础进行病原体的鉴定和药物抗药性分析，都已经日臻成熟，“超级致病菌”就是这么被发现的。至于治疗，大部分都是“基因工程药物”，真正的基因治疗（把正常基因导入基因缺陷的患者体内）却都处于试验阶段，常规应用的确实极少。其原因我认为有以下几点：

一是跟各国政府的谨慎态度有关。凡涉及生命领域研究成果的推广，都是人命关天的大事，各国政府都是慎之又慎。举例说，转基因牛肉不过是将牛的基因改变，然后把牛肉煮熟炖烂端上餐桌，即使这样还有很多国家不能接受，更何况把人的基因敲除或者嵌入新的基因。比如小小衲网友所说试管婴儿的研究，四十年代就开始了，而世界上第一个试管婴儿却直到七十年代末才问世。即使是集权国家，现在也不敢再瞎干了。像七十年代中期，还没弄清怎么回事就敢在全国推广，把鸡血直接往血管里面打、卤水往肚子里灌（即鸡血疗法、卤水疗法），那种的二百五做法，也就是那个年代的中国人敢干。

我遇到过一些搞基因工程新药开发的学者，他们半开玩笑地说自己生错了年代，NND，琴纳当年搞牛痘疫苗、巴斯德搞狂犬病疫苗有什么安全性试验，不就给人用上了么，都取得了成功，而且建立了免疫接种法，拯救了千百万人的生命。甚至还有些爱国学者，认为现在繁琐的安全性试验纯粹是美国遏制中国新药开发的大阴谋。

二是受到伦理道德的约束。基因技术如果用于临床治疗，而不是像现在一样仅仅用于诊断，必然会导致一系列道德伦理方面的问题，因为基因技术不仅仅是像整容那样的引起外观变化，而是可以从根本上改变人，引起“质”的变化。“一方面，它可能会导致对生命力的控制；另一方面，它可能会因他或她个人的遗传特征而带来侵犯个体尊严与人权的风险。”（里夫金语）。一旦开了这个口子，弄不好就是打开了潘多拉盒子，“血统论”、“出身论”、“社会达尔文主义”一起跑了出来，那时候的弱势群体面临的将是“基因歧视”。所以多年前就有人“防患于未然”，提出了“基因伦理”、“基因专利”、“基因垄断”等问题。怕的是一旦基因治疗用在临床上，人就会成了被技术操纵的对象，人的尊严会逐渐沦丧，人类存在所系的“自然性”就会受到了彻底的摧残，人的价值不过是某种基因的有无、多少和排序的不同。

在美国这样宗教势力强大的国家，还要受到来自宗教的压力。所以美国的后基因组计划“从基因组到生命（Genomes to Life，GTL）”选题就非常巧妙，人家研究内容是几千种微生物的基因组及微生物系统是如何调控生命活动的，目的、意义冠冕堂皇：使用生物手段帮助美国政府和世界解决能源和环境难题。其实谁都知道这项研究对生命科学的价值绝不仅仅是“解决能源和环境难题”这么简单，而是通过这项研究进一步了解生命体系的分子组成、调控方式，以及整个生物体系与环境相互作用的方式与机制，促进生物、物理、计算科学多学科的交叉与进步，为多角度的全面解析生物体打下基础，来指导后续的生物学研究。用基因工程制造分解石油的超级细菌，生产胰岛素的大肠杆菌，宗教团体总不能去反对吧。再有，微生物结构简单，和环境之间的关系明确，研究起来比较容易上手。

三是基因治疗技术还不成熟。比如说，理想的基因治疗方案应该是将正常基因（包括调控序列）导入基因缺陷的患者体内，使导入的基因发挥作用或使缺陷基因在原位得以校正和修复，从而纠正基因缺陷导致的各项异常表现。但目前突变基因定位（基因诊断）和定点修复技术尚未解决，因此，在导入正常基因时，不能去掉或纠正缺陷基因。还不要说人，连动物实验也不过关。现在的“基因敲除”就集中在一种小动物——老鼠身上进行，来回来去都是按着小耗子干，连大鼠的实验都做不出来。直到在今年8月，才获得了基因敲除大鼠模型，不过研究结果是Nature在线发表（https://www.bioask.cn/html/1096.html），还没看到别的实验室重复。不过就这样还跟毛泽东思想伟大胜利似的，意义之重大可见一斑。像这种毫无把握的技术，临床使用未免为时过早，还是先把兔、狗这些动物敲个遍再说吧。按说血友病这种遗传病治疗起来应该是最简单的了，基因水平上的发病机制早已搞清，就是单基因造成的凝血紊乱，但实际上临床治疗效果还是不理想，像载体引起的免疫反应、载体的安全性和外源基因不能持续高效表达等都还没有真正得到解决。

四是基因的功能、各种信号转导通路并没有真正的被认识。就像我在《为什么(4)》中提到的一个悖论：如果不在分子水平上进行分析，你就不可能深入认识生物大分子的作用，找不到治疗疾病的办法。说到这提请各位注意，凡是现在研究用基因手段治疗的疾病，都是其他治疗手段无能为力的“不治之症”，哪怕有一点办法，谁也不会去打基因的主意。就如同所有我认识的肾衰换肾的患者、所有做试管婴儿的不孕症患者，都是百般用药无效才想到这种既花钱又受罪的办法。如果进行分解分析，那么在分解的过程中，就会破坏掉很多有用的信息，所以通过认识局部并不能达到正确认识整体的目的。因为对像生命这样一个复杂的整体来说，整体是组分的相互作用之和，而不是各组分作用的简单叠加。大生物分子间的关系不是“一对一”，甚至不是“一对多”，而是“多对多”的关系。

再者，与物理学的研究对象不同，生命实际上是一个开放性的系统，随时可以根据环境做出适应性的改变。以往在物理学领域用还原论方法建立起来的科学理论，不仅具有精确严密的特质，还具有强大的预言能力，而现在分子生物学这种预言能力非常差。动物实验就可以看到，某种疾病可以表现为某个或某几个基因表达增高，但敲除这个基因，机体会出现适应性调节，所以并不一定会使这种疾病消失；或者是敲除这个基因虽然使这种疾病消失，但又会出现其他新的疾病。像我前边提到的血友病，有人用小鼠为模型动物对胎儿血友病B作了基因治疗，发现小鼠在出生后都显示了较好的治疗效果，然而伴随着治疗却产生了发生率很高的肝癌并发症。所以基因治疗的结果确实是很难预测，或者说简直就是无法预测。原因就是还没有弄清人类基因之间极其复杂的调控联系，这可能也就是为什么分子生物学专家胡德要创立世界上第一个“系统生物学研究所”（按照老册的定义就是“伪系统生物学研究所”），因为生物大分子之间的相互作用太过复杂，必须有一套专门的理论和技术来处理才行。

林林总总说了这么多，最后总结一下我文章的内容。还原论与整体论作为两种不同的研究方法，两者不能相互替代。我们具体选择哪种方法，这要视具体情形，并取决于我们个人的喜好。但是，在大多数情况下，整体论总是只能进行一些初步的研究，一旦深入下去就必须使用还原论的方法。对于研究对象，我们总是首先了解其大致的、整体的规律，这是整体论的方法，接着一定要再对它层层进行还原分解，以此考察和研究它的深层次本质规律。由近代科学巨匠用还原论方法而创建的近现代科学，和古代科学比较起来最大的特点就是它的精确和细致。就拿诸位感兴趣的生命科学来说，首先是整体，然后是各个系统，如消化系统、神经系统、免疫系统等，接下去是器官、组织、细胞、细胞器、生物大分子、基因等层面，这便是一个逐层还原的过程。随着层层还原过程的深入，我们对人体的机制就能够得到越来越多的了解。即使在还原论原则上不可行的领域，我们还是需要了解个体的性质，要通过微观来解释（即使不是推导）整体的行为。

美国物理学家温伯格认为整体的定律不可能是最基本的定律。他不同意说混沌理论解决了问题，他的论述很有说服力：“混沌的存在，不是说土星环那样的系统行为就完全不能由运动定律、引力定律和初始条件来决定了，而只是说明有些事情的演化（如环间空隙的粒子轨道）不是我们实际所能计算的。说得更准确一点，混沌的出现意味着，不论以多大的精度决定初始条件，我们最终还是会失去预言系统行为的能力；但是另一方面，对一个牛顿定律统治的物理系统，不管我们想预言它在多远的未来的行为，总可以在某个初始条件允许的精度下实现那个预言。”（温伯格《终极理论之梦》）

作者：咯咯乌 在海归茶馆发贴, 来自【海归网】 http://www.haiguinet.com

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