生物學的復雜

　　19世紀后生物學的迅猛發展給了以經典力學為背景的科學觀和方法論很大的沖擊。與經典力學相比，生物學有以下的特殊性。

　　首先，生物學中沒有像牛頓定律這樣的在經典力學意義上能解釋一切的法則。生物學的理論核心是進化論，但進化論只是一個覆蓋性法則(covering law)。說進化論是一個覆蓋性法是因為：生物學中的機制多得難以枚舉，但是生物機制與進化論之間并不存在經典力學中其它定律與牛頓定律之間那種確定性的數學轉換關系。或者說，每一個生物機制都有著特定的功能，而且這些功能并不是進化論的具體表現形式。但是，生物機制與進化論之間卻有著一定關系。那就是，任何生物機制的作用方向都必須與生命體的存在和繁衍方式一致，或者說這些機制的作用方式都必須符合進化論原則。例如，面對食物稀缺，動物世界形成了許多能減低物種種內食物競爭的機制，有些機制能使一個物種的幼蟲和成蟲吃不同食物，有些機制能促使一個物種在種群密度過高時進行遷徙，有的機制則能使某一物種的個體在完成繁殖任務后馬上死亡,以便為子代提供更多的食物和空間，等等。不符合進化原則的生物學機制是很難長久存在的，因為這些機制會把某一物種的演化迅速帶入死胡同。總之，進化論就像是一把大傘，把所有的生物學機制全都覆蓋了，每個機制可以互不隸屬，但是它們都必須符合進化論原則。[5]

　　第二是還原主義方法在生物學中不再完全適用。生物現象由許多層次的現象組成：基因、細胞、器官、個體、種群、群落、生態系統，每一個層次都有對應的現象和相應的機制，其中有些現象背后的機制是某一層次所特有的，而有些現象的產生原因只能用更低層次的機制，甚至是基因層面的機制來解釋。這就是說，還原主義在生物學領域有時有效，有時無效，要看具體問題而言。

　　例如，先天愚型(即唐氏綜合癥)這一疾病體現在個體的外表和行為。得了此病的動物兩眼分得很開并且有智力障礙。但是它的病因卻在染色體(基因)層面上：得了此病的個體的第21對染色體多了一條，因此此病又稱之為“21對三體”。這就是說，還原方法在尋找先天愚型病因時是有效的。但是，許多生物學現象卻不能還原到更低層次(尤其基因層次)。馬爾薩斯方程{Nt=N0exp[r(t-t0)]｝就是一個例子。其語言表達是：任何一個物種在沒有任何條件的限制下，它的種群將以指數增長。生物的生殖方法極其多樣，不同生殖方式背后的機制也非常不同。但是，單個種群增長的理想模式卻都可以用馬爾薩斯方程來表達，這一機制因此產生在種群層面。又例如競爭排斥法則，即兩個物種的生態位越相近，它們之間的競爭就越激烈，而競爭則會使這兩個物種的生態位趨于分開。這種機制的另一種表述就是任何兩個物種不可能長期地占據同一個生態位。這種機制只能在種群關系(即群落)層面上發生作用。

　　第三是演繹和歸納在生物學中只有實驗室意義上的統一。牛頓定律的產生使得演繹和歸納在經典力學意義上獲得了統一，生物學卻做不到這一點。先前說過，統領生物學的理論是進化論，但是進化論只是一個覆蓋性法則，而真正決定生物個體的存活和行為的是許多互相沒有緊密關聯的生物學機制。為什么說像 21對三體的病理原因、馬爾薩斯方程和競爭排斥法則等生物學規律都只是機制而不是像牛頓定律一樣的法則呢?其根本原因就是這些規律或者是其應用范圍極其有限(例如，21對三體的病理原因只能用來解釋先天愚型這一現象，而競爭排斥法則只能用來解釋兩個物種之間的競爭強度和由競爭導致的進化方向)，或者是在自然界里不能成立(或者說不能被直接觀察到)。例如馬爾薩斯方程，我們不能用它來預測任何一個物種的種群增長，因為在自然狀態下，當一個種群的密度達到一定程度后，其它因子就會對該種群增長起到越來越大的限制作用。