生命科学与生活的论文

生命科学是通过分子遗传学为主的研究生命活动规律、生命的本质、生命的发育规律，以及各种生物之间和生物与环境之间相互关系的科学。下面是由我整理的生命科学学术论文，谢谢你的阅读。

有机化学与生命科学的关系

摘 要：有机化学在生命科学发展中起着理论基础，研究工具，阐明本质的重要作用，它们有着密切的关系。本文从有机化学的发展与生命科学，有机化学的主要研究成果与生命科学，有机化学研究的任务与生命科学，三个方面说明有机化学课程与生命科学中的关系。

关键词：有机化学;生命科学;关系

有机化学是生命科学的基础，有机化合物是构成生物体的主要物质，生物体中各种有机化合物的结构、性质以及它们在生物体内的的合成、分解、转化、代谢无不以有机化学为基础。有机化学产品正越来越多地应用于农业。如农药(杀虫剂、杀菌剂、除草剂)、植物生长调节剂、化肥、农膜等保证了农业生产;兽医药、饲料添加剂促进了畜牧业生产。要正确地使用，必须了解这些有机化合物的组成、性质和生理功能。但是，目前有些学校的生命科学专业越来约忽视有机化学课程，课时越来越少，这样对学生的进一步学习不利，比如生物化学、分子生物学等后续课程的学习。本文将从有机化学的发展与生命科学，有机化学的主要研究成果与生命科学，有机化学研究的任务与生命科学，三个方面说明有机化学课程与生命科学中的关系。希望能引起从事生命科学专业人对有机化学的重视。

1. 有机化学的发展与生命科学有密切的关系

有机化学就其最初的意义而言，是生物物质的化学。1807年，J. F. Yon Berzilius首先把从活细胞中获得的化合物命名为有机化合物。那时人们对生命现象的本质还没有认识，因而便赋予有机化合物一种神秘的色彩，许多化学家认为有机物是不可能用人工的方法合成的，它们是“生命力”所创造的。但是1828年，F. Wohler从无机物氰酸铵制得了尿素，否定了关于“生命力”的假说，可以说是化学家第一次干预了生命科学。

随后有机化学的发展主要集中在有机物的结构研究和合成方法上，较少关心它们的生物功能。尽管如此，许多化学家的研究成果还是成为了生命科学发展过程的里程碑。比如，19世纪中叶，I. Pasteur关于左旋和右旋酒石酸经典式的研究，导致70年代Vanthof和LeBel碳原子四面体构型学说的建立，它是生命分子结构不对称性的基础。E. Fischer对碳水化合物立体化学和肽合成化学的贡献是这两大类重要的生命分子化学的奠基石。20世纪50年代，A. Todd建立的核糖核酸(RNA)和脱氧核糖核酸(DNA)的化学结构，为Vatson-Crick DNA双螺旋结构的提出铺平了道路。60年代H. G. Khorana开创的磷酸二酯法合成寡核苷酸，不但证明了DNA上每三个碱基组成一个三联体密码子编码一个氨基酸从而提出了一套遗传密码，而且也开始了人工合成DNA的研究。化学家也将用化学小分子和化学工具研究生命体系。1985年H. Smith和K. Mullis发明了聚合酶链式反应(PCR)从而使分子生物学在技术上有了一个突破和飞跃。1988年SchrEiber在做靶向合成(TOS)天然产物FK506时发现FK506的结合蛋白FKBP12。1991年他们又利用小分子探针FK506和Cyclosporin发现他们可以抑制磷酸化酶神经组蛋白Calcineuin的活性。同时发现了可以生成FKBP-12-FK506神经组蛋白复合物和cyclophilin-cyclospolin-calcineulin的复合物。这些小分子同时与两个蛋白结合，而表现出的生物活性也是细胞内信号传导通路的分子基础。1992年，SchrEIber在美国《化学与工程新闻》发表了题为“用有机化学的原理探索细胞学”的论文，确信生命的过程就是生物体中化学变化过程[1-3]。

总之，有机化学理论上和实践上的成就为现代生物学的诞生和发展打下了坚实的基础。价键理论、构象学说、反应机理等成为解释生化反应的有力手段，蛋白质和核酸的组成和结构研究，顺序测定方法的建立，合成方法的创建，酶催化机制的研究，模拟酶的合成的化学模型的建立，小分子探针技术，单分子激发的技术，单分子操作的技术等重大成就，为现代生物学及生物技术开辟了道路。有机化学与生物问题的密切结合是推动生命科学发展的有力柱，也将人们对生命过程的了解提高到一个新的层次[4, 5]。

2. 一百多年来，有机化学的最高科学成果—— 诺贝尔化学奖综览

1901-2010年共110年，除去8年未授奖外，共授化学奖102项，其中有机化学方面得化学奖65项，占整个化学奖的。碳水化合物、光合作用得研究共8项;蛋白质、酶和核酸方面得研究共18项;甾族化合物、维生素和生物碱方面研究共8项;其它方面共31项。其中与生物相关的占34项。占有机化学的。由此可以看出有机化学与生命科学有着密不可分的关系。

3. 有机化学研究的任务与生命科学的关系

有机化学研究的主要任务是分离提纯、物理有机化学、合成。分离提纯即分离、提取自然界存在的各种有机物，测定它们的结构和性质，以便加以利用。物理有机化学是研究有机物结构与性质间的关系、反应经历的途径、影响反应的因素等，以便控制反应向我们需要的方向进行。合成是在确定了分子结构并对许多有机化合物的反应有相当了解的基础上，以由石油或煤焦油中取得的许多简单有机物为原料，通过各种反应，合成我们所需要的自然界存在的，或者自然界不存在的全新的有机物[6]。

有机化合物的分离提纯与生命科学

有机化学的分离提纯与生命科学的关系主要体现在两个方面，一是天然有机化学，二是分离与分析。

天然有机化学是研究动植物(包括海洋、陆地和微生物的次级代谢产物)及生物体内源性生理活性物质的有机化学。目的是希望发掘有生理活性的天然化合物，作为发展新药先导化合物，或者直接用于临床或为农业生产服务。天然有机化学的发展与国民经济有密切的联带关系，对于开发新型药物、新型农药至关重要。我国自然资源非常丰富，又有几千年传统防治疾病的经验积累，在我国大力发展天然有机化学的研究有着非常现实的意义。对内源性生理活性物质的发现及其生理活性研究，又开辟了天然有机化学研究的新领域。充分利用开发我国动植物资源包括海洋生物资源，努力开拓新的生理活性物质，为国民经济服务是天然有机化学的重要任务。

分离提纯和分析的紧密结合是有机分析的一大特点。在生命科学中也涉及到复杂系统的痕量或微量的有机物分离分析问题，比如生物活性物质的提取和分析等。气相色谱的发展是高效分离的突破口，而高效气相色谱和高效液相色谱是现代分离技术的基础。在气相色谱中新型高选择性的耐高温固定相(如手性固定相和异构体选择性分离的固定相)仍是比较活跃的研究领域。液相色谱中选择性色谱柱和选择性流动相

的应用发展是今后若干年中的主攻方面。细径柱的合理开发，多维色谱以及以色谱为主的系统分析网络将使复杂系统有机痕量物质的分离和分析跃上新的台阶。超临界流体色谱，包括毛细管柱超临界流体色谱是正在发展中的新技术。毛细管电泳是生命科学日益发展的情况下产生的新型的高效技术，在蛋白质和核酸的分离方面已显出极大的威力，是有很强发展活力的新领域。核磁共振波谱技术在谱仪性能和测量方法上有了巨大的进步，其中二维方法的发展已成为解决结构问题最主要的物理方法。NMR今后的发展趋势是如何得到更多的相关信息、简化图谱、提高检测灵敏度和发展三维核磁共振技术。质谱技术最突出的进步是新的解析电离技术的发展。随着接口技术的进步，联用技术的应用面更扩大，效果更为提高。这将使质谱成为生命科学中的一个崭新的研究手段。

物理有机化学与生命科学

物理有机化学主要是通过现代物理实验方法与理论计算方法研究有机分子结构及其物理、化学性能之间的关系，阐明有机化学的反应机理。生命科学中的物理有机化学研究，包括主——客体化学中的模拟酶催化反应，主体分子提供的微环境可控制反应，主体分子对客体分子的识别作用以及疏水亲脂作用等都是具有重要理论意义的研究领域。量子有机化学由静态向动态方向的发展是当前物理有机化学的重要组成，分子力学方法在有机分子结构与构象的研究方面有着非常乐观的发展前景。我国化学家蒋锡夔院士等发表了题为“物理有机化学前沿领域两个重要方面——有机分子簇集和自由基化学的研究”的论文，提出了可用物理有机化学方法解决生命科学的难题。

有机合成与生命科学

有机合成也与生命科学有着密切的关系。在与生命科学的联系中，金属有机化学和元素有机化学是最为活跃的领域之一。比如，有机磷化合物在农药、医药、萃取剂等方面以及有机合成化学中都有重要的应用。开展有生物活性的有机磷化合物的研究，在生命科学研究中也具有极为重要的意义。近年生物有机硅化合物以及有机硅化合物在有机合成中的应用有新的迅速发展。在基础和应用基础研究方面，硅烯、硅宾、硅的3d空轨道化学和多硅烷的研究是当今有机硅化学重要研究课题。有机硅化合物在有机合成中特别在天然有机物的合成中占有重要的地位。

无论从有机化学的发展、有机化学的研究成果和有机化学研究的任务来看，有机化学课程在生命科学中都起着理论基础，研究工具，阐明本质的重要作用。因此在生命科学中要加强有机化学的学习。

[参考文献]

[1]SchrEiber SL. Using the principle of organic chemistry ti explore cell New，1992，70：22~ 32.

[2]周晓俊，吴晖. 有机化学与生命科学. 云南师范大学学报，1998，18(1)：93-96.

[3]张礼和. 从生物有机化学到化学生物学. 化学进展，2004，16(2)：313-318.

[4]朱光美，杜灿屏. 试谈生物有机化学研究的现状与展望. 大学化学，(4)：6-8.

[5]吴毓林，陈耀叠. 探索有机体的奥秘—谈世纪交替时代的有机化学. 中国科学院院刊，1995，10(10)：215-219.

[6]汪小兰，有机化学(第四版)，高等教育出版社，2005，1-2.

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毫无疑问，生命科学与化学有着密不可分的联系，我甚至认为生命科学就是用化学来解释生命。然而，仅仅知道一种物质的化学成分是远远不够的，结构才是其功能的基础。我们知道，构成元素相同的物质，由于结构不同，可能在功能上就相去甚远：左、右旋光物质的不同生理作用就是一个很好的例子。但是，我们不能孤立地来阐述生命科学与结构化学的关系，也就是说不能把生命科学看成一块，再把结构化学看成另一块，然后再说明他们间千丝万缕的联系；我认为，结构化学与生命科学是揉合在一起的，很多结构化学家在生命科学领域就有不凡的建树。鲍林就是以化学向生物学渗透的先驱者，他不仅进行了大分子研究，还对镰刀形细胞贫血分子病和大脑化学进行了大量的研究。然而我认为，最能体现结构化学与生命科学揉合一体的历史故事，就是鲍林与沃森和克里克关于DNA结构之争。在这个过程中，我们无法定义他们到底是化学家还是生物学家。而且，结构化学的知识不仅为他们建立模型提供了理论支持，而且在帮助他们判别真理与谬误、为他们的结论提供事实支持等方面起到了至关重要的作用。从这个故事中我们不仅可以看出，解决DNA结构这个世界性的生命科学课题，是许多化学家、物理学家、晶体学家、生化学家共同努力的结果，而且能受到许多在科学研究上的启发。在多学科交叉渗透的今天，我们更不能仅仅只重视专业课的学习，必须同时汲取其他学科的知识，为将来的研究打下基础。在一九二四年以前，没有一个人真正懂得DNA的重要性。但就在那一年，科学家罗伯特·福尔根发现了一种方法能将DNA染成淡紫色。在这种方法的帮助下，科学家们发现DNA仅存在于细胞核中。到了一九三一年，科学家乔基姆·哈默林用实验证明了植物长成什么样子完全取决于细胞核。随后的一切实验事实都表明，发出遗传信息的正是细胞核里的DNA。于是，在美洲和欧、亚、非三洲各试验室里的人们都开始研究这个问题。在美国，著名的化学家莱纳斯·鲍林开始了对DNA的研究。在剑桥大学的卡文迪斯实验室里，英国人弗朗西斯·克里克和美国人詹姆斯·沃森也着手进行对奇异的DNA结构的探索。这是一场用结构化学来解释生命科学的竞赛，也是“一个远方传奇大力士被两个无名小卒砍倒的故事”。虽然我们已经知道了这场竞赛的结果，但我认为，这一探索的过程更让人留下深刻的印象。我将双方的研究进行了一些对比，确实从中学到了一些东西，希望和大家一起探讨。一、双方的开端：当时的鲍林已经是化学界的“权威”，他致力于蛋白质的研究。1951年夏天，鲍林开始深入研究有关DNA的材料，并常常找人讨论。他认为，与蛋白质相比，弄清DNA的结构不会很难，“这算不上一个最为紧迫的问题”。DNA在重量上是染色体的一种重要成分，但蛋白质也一样。大多数学者认为，蛋白质部分最有可能包含着遗传的信息。相对而言，DNA似乎就比较简单了，它很可能只是一种结构性的成分，只是用来帮助染色体折叠和打开的。鲍林就这样认为。在1952年初，几乎所有重要的遗传学学者都持这一种观点。我们可以看看后来鲍林自己的话：“我以前就知道DNA是一种遗传物质的论点，然而我没有接受这一论点。你们知道，那时我正热衷于蛋白质的研究，我认为蛋白质最有可能是遗传物质，不可能是核酸 当然，核酸也有作用。在我著述的有关核酸的文字材料中，我总会提到核蛋白的概念。当时，我考虑得更多的是蛋白质，而不是核酸。”虽然如此，鲍林还是着手研究DNA的结构。此时，他需要清晰的DNA X光照片，他曾先后写信给相片持有者物理学家威尔金斯（英国）及其上司，但均遭拒绝。1951年11月，《美国化学学会学报》上刊登了一篇论述DNA结构的文章。鲍林据其深厚的结构化学基础，一下子就看出这篇文章的结果是错的；同时，此事刺激了他开始思考DNA是如何构筑起来的问题。鲍林设想，如果碱基朝外，那么螺旋的内核就应当是由磷酸堆积起来的。磷酸聚集在中间，碱基朝外，这与X射线的资料是“吻合”的。在鲍林的头脑中，DNA结构的问题就已经转化为如何将磷酸堆积在一起的问题了。我们现在知道，鲍林的这一开端是错的，并最终使他败给了沃森和克里克。另外还必须一提的是，鲍林对DNA研究总是被各种事务打断，使他曾多次中断自己的思路。是否是因为鲍林没能看到威尔金斯的相片而导致他的失败呢？暂且不回答这个问题，我们先来看看沃森和克里克是如何开始的。在战争期间，克里克原来是从事武器方面研究的。后来他决定研究生物。于是他到剑桥大学学习分子学。至于沃森，他本来就一直在研究DNA。他到剑桥大学是为了对此作进一步的研究。他们都是热心探索的人。“沃·克组合”相对于鲍林的地位可以说是“一个在天，一个在地”，他们并没有引起人们多大的重视，也没有引起鲍林的注意。他们就凭着一股劲和对目标的执着追求开始了他们的研究。还必须提到的是另外两位对他们的成功起着至关重要的作用的人：一位是上文提到的物理学家威尔金斯，另一位是青年女晶体学家罗莎琳德·富兰克林。他们拍出了非常漂亮的DNA X光照片，不仅启发了沃森和克里克，而且为他们的发现提供了佐证。鲍林颇为自信，感到自己有能力解开DNA之谜。唯一的问题是，会不会有人抢先取得胜果，但是，他不会把这一点真正放在心上。他认为威尔金斯和富兰克林两人(更不用说沃森和克里克了)，没有谁有足够的化学基础对鲍林产生严重的威胁。二、对对手的不同看法：鲍林是自负的，他不相信有人能够在他之前发现DNA的结构，特别是他认为没有人有他那样深厚的化学功底。他“知道”， 沃森是一个好学生，但因成绩还不够突出，因而他到加州理工学院当研究生的申请未被批准。克里克已经三十五六岁了，还在读研究生，年龄是大了一些。况且，卡迪文斯实验室的科学家们至今尚未在任何竞赛中打败过鲍林。甚至有人认为，沃森和克里克看上去就像是一对“杂耍演员”。而沃森和克里克则不同。对于年方19的沃森来说，鲍林是一位值得仿效的榜样。在卢瓦蒙会议上，沃森就是围聚在鲍林身边的人之一，他十分用心地听了鲍林的讲话。克里克开始并不是鲍林的崇拜者，他是鲍林的竞争对手，因为鲍林曾用阿尔法螺旋表明他们的一篇关于蛋白质结构的论文漏洞百出，让克里克承受了由此而来的屈辱。从此，克里克借鉴了鲍林的研究方法。说实话，他们对鲍林这位怪杰都极为佩服。更重要的是，他们两人都互相倾慕，他们可谓是天生一对。相对于鲍林来说，沃森和克里克谦逊多了。三、研究方法及进程：鲍林首先想到DNA的结构可能是螺旋型，因为其他构型与他所看到和掌握的照片资料不相符合。但他认为，DNA是由三条链互相缠绕在一起，磷酸处于中央的位置。之后，他的工作重点就聚焦于找出磷酸分子在中央合理的排列方法。虽然他知道自己提出的构型不能完美地符合实验测算得出的数据和X光衍射照片，但他认为这些都只是细枝末节的东西，就像他发现蛋白质阿尔法螺旋一样 开始的时候也有难以解释的数据，他大胆地将之忽略，而其后的事实证明了他这种策略是明智的。另外，鲍林有些急于求成，他希望能够尽快地发表相关文章，抢在其他科学家之前，宣布自己再次成功地解决了又一世界性的难题。于是，他很快地发表了他“发现”的DNA结构。鲍林将自己的论文也寄给了沃森和克里克。他们两人虚惊了一场，因为他们发现，鲍林设想的这种构型是他们最初设想的结果，当时他们将这一结果给晶体学家富兰克林看的时候，被她以充足的论据否认，因为水容量问题与这种构型严重不符。也正是因为这次错误，他们两人被认为不适合研究DNA构型问题，被拆散到不同的课题组，从事别的研究。但沃森和克里克并没有就此放弃，他们仍然私下坚持不懈地进行研究和探索。他们在研究方法上一直就有共识：与其推导出复杂的数学模型，直接而又明确地解释X光的衍射结果，还不如借助化学常识构筑结构的一个模型。正如沃森所说，他们决定“仿效鲍林，并在他本人发起的这场竞赛中将他击败”。富兰克林的批评已经促使他们将磷酸放到了分子的外侧；又受到奥地利生物化学家切加夫的启示，得知内侧各对碱基之间存在着一一对应的关系。他们开始设想，在螺旋中，嘌呤和嘧啶以某种方式挨次排列在分子中心下部。之后，他们看到了富兰克林最新的DNA照片，不仅使他们确认了DNA是一种螺旋，而且他们得到了几个主要参数。由此，他们开始着手制造模型，通过不懈的努力，最终获得了成功。可以看出，不论是成功者还是失败者，他们都用了一种结构化学中重要的研究方法 建模。同时，沃森和克里克不仅受到了多学科领域的科学家的启示和帮助，而且他们自己都承认，他们的研究方法来源于伟大的化学家 鲍林。由此可见，生命科学是集多学科，特别是化学的大成所在，他与化学，乃至物理、数学的揉合可见一斑。为什么鲍林会失败？鲍林有着深厚的化学知识作为自己研究的基础。照常理而言，成功的应该是他，但他为什么输给了沃森和克里克呢？鲍林输在浮躁和自负上。他急于求成，因为DNA是当时最大的课题，他要去抢占这一高地。他没有把研究的准备工作做好就想碰碰自己的运气了。同时，他顺利解决阿尔法螺旋给他套上了成功的光环，他的确是世界上解决巨分子结构的最佳人选，但他也从此染上了自负的恶习，他以为自己不再需要做别人需要做的那些研究的准备工作了。他过于相信自己的直觉和运气，结果输掉了这场大比拼。沃森和克里克为什么会成功？其实这个问题的答案从前面的叙述中都可以看出，但我觉得最重要的一点是不懈的思索与踏实的努力。克里克不就是在因头疼而不得不休息，却又忍不住开始计算时找到了有关DNA结构的答案吗？他们虽然被拆散到两个不同的研究小组，但仍然踏实地合作与工作，正是这样，幸运之神才降临在他们的头上。另外还有一点，就是他们没有放过看似微不足道的东西。奥地利生物化学家切加夫将碱基一一对应的关系同样告诉了鲍林，但却没有得到鲍林的重视，而沃森和克里克并没有放过这一点，而最终获得启发，找到了DNA的正确结构。结构化学与生命科学的揉合已无需多说，我相信这种相互融合在将来会愈演愈烈。最后我想总结的是有关鲍林的研究方法，毕竟沃森与克里克的成功也来源于此，相信它对所有的科研者都会有所帮助：鲍林的研究方法实验研究和理论探讨相结合鲍林比一般的化学研究生掌握了更多的数学和物理学知识。他一方面是重视实验，强调经验知识；另一方面又深信化学结构问题可以通过应用现代物理学的理论来解决。他常采用半经验的方法：既有根据物理学基本原理进行的演绎推导或论证，又有对实验资料的归纳，二者互相补充。 量子力学与化学经验相结合鲍林在总结过去对离子半径的研究时曾指出：“应用量子力学可以近似计算……但是，这种理论计算是十分复杂的，需要很大的工作量；因此，从化学方面考虑，最好有一套经验或半经验的离子半径数据……”他的主要做法是：不断提出新的概念，利用它来概括实验资料和总结化学结构规律。发展简单的理论。努力把量子力学的研究成果转译成化学家的习用语言。采用移植方法 开拓边缘学科鲍林不断把结构化学的理论和实验方法移植到生物学、医学以及核物理的研究中去。他按照自己的专长不断地把新的理论原理和新的实验方法移植于另一领域，解决新的研究课题，努力开拓新的边缘学科地带。这是他五十多年来研究成果绵绵不断的重要原因。直觉和模型方法在鲍林的研究工作中，直觉的运用占有非常突出的地位。无论是鲍林本人还是别人对他的评述都常常提到直觉。综合起来大致有以下表现：1.是与数学计算不同的一种寻求答案的方式。2.一种好奇心，它引起鲍林对某个科学课题的注意，并直接领悟到有可能用经验的方式来解答它。3.和想象一样，“不能归结为仅仅采用通常的逻辑规则和过程”，它和某种“深邃的洞察力”有关。4.鲍林对一个晶体的结构的确定，分为两步：一是推测，二是证实。这种“推测”，或者是鲍林本人自称的“随机方法”也在直觉之列。5.“借助于对化学事实的非凡记忆”，是“经过实践”养成的。从整体看待世界 从实践对待科学鲍林作为一位自然科学家，物质世界的统一性对于他来说似乎是不言而喻的。鲍林重视理论思维，并不完全同意实证主义的见解。他强调自己“是纯粹从实践的方面对待科学；可以说是实用地对待科学。”贯穿鲍林研究方法中的极其宝贵的思想正是这种“从实践的方面对待科学”的态度。

生命科学哲学（Philosophy Of Biological Science）是本世纪六七十年代兴起的一股科学哲学思潮，虽然它的兴起主要是以本世纪50年代以后生命科学的蓬勃发展为基础，但从事生命科学哲学研究的哲学家们并不局限于把他们的哲学看作是一门部门哲学，而是更进一步，把他们的哲学看作是科学哲学的新范式：一种与传统的根植于物理科学之上的科学哲学相对的新的科学哲学。因此，当代人们提到生命科学哲学就有两层含义。狭义地讲，生命科学哲学是关于生物学的哲学，主要研究生命的本质、生物学的理论结构、概念框架、一般方法等问题。换句话说，生命科学哲学就是关于生命的本体论、认识论和方法论的哲学学科。在此意义上，“生命科学哲学”即是“生物学哲学”，它是科学哲学的一个子学科。广义地讲，生命科学哲学是科学哲学的新思潮。传统的科学哲学究其根本，都是以物理科学（包括物理学和化学等学科）为根据的，所以新哲学家们把这种哲学称之为物理科学哲学（Philosophy Of Physical Science）。新哲学则主要是以生命科学为基础而又兼顾物理科学。所以为了突出新哲学与传统哲学的不同，一些哲学家把这种新哲学称之为生命科学哲学。 1 生命科学哲学兴起的背景自然科学是哲学的基础，任何一种哲学的产生都与当时的科学背景密切相关。近代科学是从1543年开始的，虽然这一年出版的两本伟大著作中的一本——维萨里的《人体的构造》是生物学的一个分支，可是其后的一百多年，生物学并没有突飞猛进的发展，而运动学和力学却首先得以快速发展。1687年，牛顿的《自然哲学的数学原理》出版，使经典力学这座宏伟大厦最终落成。此后，物理科学的其它学科也都先后发展起来并逐步成熟。与此相对，生物学在牛顿时代尚处于孕育时期，用恩格斯的话说就是“还处于搜集材料的阶段”，牛顿的物理革命在当时并没有引起生物学的革命性变革。生物学思想的重大革新是在19世纪和20世纪才开始产生的。因此，当科学哲学在17世纪和18世纪开始发展起来的时候，或者说，当培根、笛卡尔、莱布尼兹和康德论述科学和科学方法时，完全是以物理科学为基础的。在这种情况下，物理科学的思想和方法自然成了评判一切科学的标准，大多数哲学家理所当然地把物理科学看作是科学的标准范式，认为一旦理解了物理科学，就能理解其它任何科学。尽管早在19世纪中叶，达尔文就曾说过生物学的成就将会使哲学出现新繁盛，可是19世纪的科学哲学仍然完全根植于物理科学之中，不论是第一代实证主义（孔德）还是第二代实证主义（马赫），他们关于科学的本质，科学的理论结构和概念框架、科学方法等等的论述，完全是以经典物理学为依据的。进入20世纪，实证主义发展到了它的第三代——逻辑实证主义。正如提出这种理论的核心人物所说，逻辑实证主义主要依据的自然科学理论是数理逻辑和20世纪初诞生的相对论和量子力学。面对这种情况， 著名的生物学家和哲学家恩斯特·迈尔（ErnstMayr）不无遗憾地说：“自从伽利略、笛卡尔、牛顿以来直到20世纪中叶，科学哲学一直由逻辑学、数学和物理学所左右达数百年之久”( 〔2〕．piv)。然而，本世纪中叶以后，由于传统科学哲学的自身危机以及分子生物学革命和综合进化论的革新，使哲学家们开始转向对生物学的哲学概括，以便从生物学中找出科学的新范式，于是，有关生物学的哲学思考成为西方科学哲学讨论的一个最热点的领域之一。在这种讨论中，生物学哲学作为一门学科逐步成熟。我们先从传统科学哲学的危机谈起，传统科学哲学有三个主要的教条：一是分析命题和综合命题的区分，认为自然科学的命题是综合命题；第二是还原论，“即认为每一个有意义的陈述都等值于某种以指称直接经验的名词为基础的逻辑构造”；第三是演绎的解释理论，认为科学解释就是推理，一个需要解释的对象，只要它能从一些规律性陈述和一些前提条件中推导出来，它就得到了解释。其中第二点是逻辑实证主义的中心命题，这个命题换个说法就是认为，在科学中，观察（或经验）和理论是可以完全分开的，科学的本质就以经验为基础建立科学理论，科学理论的正确与否就是看它能否得到证实。奎因在《经验论的两个教条》中已对这种经验与理论的二分法以及第二个教条进行了批评。不过，决定性的批判则来自波普尔。波普尔认为，从逻辑的角度看，完全证实是不可能的，然而反过来，证伪却是可能的。由此，波普尔提出了证伪主义的科学纲领：科学的标志不在于它的可证实性，而在于它的可证伪性。由于波普尔的工作，科学哲学开始发生一个重大的转变：从研究科学理论的静态结构转向研究科学理论的历时结构。于是库恩的范式论、拉卡托斯的研究纲领方法论、费耶阿本德的无政府主义方法论等科学哲学理论相继出现，使传统的科学哲学出现严重的危机。我们再从生物学本身的发展看。自从1953年沃森（）和克里克（）认定DNA的双螺旋结构以来，生物学便跨进了飞速发展的新时代。短短十多年的时间，遗传密码就得以破译，基因的作用机理也弄清楚，遗传工程亦开始实施。同时，由于新知识的渗透和综合，生物学的一些古老的学科，如进化论、胚胎学、分类学等也面貌一新。一时间，世界范围内出现了一股研究生物学的热潮，生物学成为继相对论和量子力学革命以来发展最快，成就最多的学科。生物学的这些革命性发展自然引起越来越多的哲学家对它的关注。他们或者利用生物学的成就重新评价以往科学哲学的适当性，或者从生物学中总结出独特的认识论、方法论和本体论问题。传统科学哲学的危机以及生物学的持续发展因此使生命科学哲学成为当代科学哲学研究中的最激动人心的领域。各种论文和论著大量涌现。1985年，在一些哲学家和生物学家的努力下，一本专门讨论生命科学哲学的杂志——《生物学与哲学》也在西方创刊。作为一股新的科学哲学思潮的生命科学哲学就是在70年代兴起的，在80年代和90年代，这门学科逐步成熟并不断发展。 2 自主论和分支论：当代生命科学哲学的两大派别近来西方出版的几乎所有生物学哲学的著作都以生物学在科学体系中占有什么位置，或者说生物学与物理科学相比有什么不同这个问题作为开篇。按照罗森伯格的说法，生物学和物理科学的关系问题是“生物学哲学的中心问题”。在此，我们可以换个说法，把这一问题看作是生物学哲学的基本问题，因为，第一，这一问题是任何一个生物学哲学家必须首先提出并要作出回答的问题。“生物学与其它自然科学是否不同和怎样不同是生物学哲学… …所面对的最突出、最明显、经常被提出、争议最多的问题”(〔3〕. P13)。第二，对这一问题的不同回答方式及结果，决定着生物学哲学讨论的几乎所有其它问题的回答方式及结果。生物学家和哲学家提出的有关生物学的逻辑的、认识论、本体论和方法论的较具体问题几乎都是围绕这一问题展开的，比如还原论与突现论的争论，关于社会生物学科学性争论，心身关系的争论等等都是如此。第三，对于生物学家和生物学哲学家来说，对这一问题的不同回答反映了他们对生物学应当前进的方向的不同看法。生物学的研究应当采取什么样的方法？未来生物学的重点在什么地方？对生物学和物理学关系问题的不同回答，直接关系到对这些问题的看法。关于生物学的地位或者说生物学与物理科学关系的争论一直在两对立的派别之间进行，这两个派别，一个可称之为分支论，一个可称之为自主论。分支论认为，生物学在原理和方法上与物理科学并没有什么不同，而且未来的研究到了一定的时候会将整个生物学还原为物理科学。与之相对，自主论则认为生物学理所当然地是一门自主的科学，因为它研究的对象、它的概念结构和方法论与物理科学根本不同。联系到前面提到的生命科学哲学兴起的背景，我们就可以看出，分支论和自主论实际上是对传统科学哲学危机和生物学迅速发展的两种不同的反映。从科学哲学的转折来看，本世纪五十年代后，由于波普尔的批判，科学哲学从逻辑实证主义走向与之相对的历史主义。然而，并不是所有的哲学家都在这种转折中追随波普尔、库恩等人放弃了实证主义，相反，有许多哲学家仍然坚持实证主义的基本原则，只是在细节上对实证主义作了不同程度的修改。 这些哲学家有人把他们称作后实证主义者（Postpositivist）。后实证主义的基本观点是：（1 ）科学是通过建立越来越普遍的经实验验证并具有解释能力的经验概括发展的，这些经验概括进一步被组织到更普遍的理论中去以更加扩展和加深这些概括的解释的统一性和预言的精确性；（2 ）科学解释就是要把被解释的对象归并到普遍的规律或定律之下，因此，任何科学都需要规律或定律或至少是可改进的概括；（3 ）科学需要规律或定律还因为实践的预言和控制也是依据规律或定律做出的。没有规律或定律，不仅解释是不可能的，预言和控制就更不可能。（4）不同的学科有不同的发现、规律和理论，但所有这些发现、 规律和理论将最终组成一个连贯的理论阶梯，在这个理论阶梯中，可从最基本的物理学的理论和规律出发推演出所有其它学科的理论和规律，即所有的学科最终可统一于物理学。当然后实证主义的观点并不仅是我们所列的这些，但对我们的问题这已足够。很显然，后实证主义的这些观点只不过是对实证主义的进一步修正而已，它们的基础仍然是物理科学。在生物学的惊人发展面前，这样的关于科学本性的结论适合生物学吗？很显然，从生物学目前的状况看，它还不能立刻地，明显地满足后实证主义的描述。生物学目前还不象物理科学那样有许多简单、精确、相互联结并具有解释和预言能力的定律或规律；它的许多发现和描述语言与物理学和化学的发现和语言很少联系；它研究的模型系统的普遍性也是有限的。所有这些特征使它成为验证后实证主义科学哲学的很好的场所。这些不同是表面的、暂时的，还是本质的、永恒的呢？于是，在哲学家中间，生物学与物理学是否不同和怎样不同的问题，就变为生物学是否和怎样与后实证主义的哲学图景相符合的问题。回答相符合的哲学家，就竭力从生物学中寻找材料证明后实证主义哲学图景的普遍性，并竭力证明生物学与物理学的上述差别是暂时性的。回答不相符合的哲学家则相反，他们从生物学寻找材料反对后实证主义的哲学思想，并竭力表明，生物学与物理学差别是永远不会消失的。以上是分支论和自主论争论的哲学根源——后实证主义和反实证主义（antipositivism）。分支论和自主论的争论还有其科学自身发展的依据。本世纪中叶以后，生物学中最激动人心的事件就是分子生物学的革命。由于这一革命，生物学的许多现象都可根据DNA 分子的结构得到解释。分子生物学的成功使许多生物学家以及哲学家坚信，生物学的所有现象最终都可以根据它们组成部分的物理化学规律完全得到说明，物理学和化学的方法完全适合生物学研究。DNA 双螺旋结构发现者之一克里克就断言：“生物学当代运动的最终目标事实上就是根据物理学和有机化学解释生物学。对于这一点有很多理由。因为化学和物理学的相关部分……量子力学与我们关于化学的经验知识一起，表明能为我们提供建立生物学的确定性基础，这与牛顿力学……为比如机械工程提供基础是同样的方式。”(〔4〕.P10)物理学和化学之所以能为生物学提供一个“确定性基础，”在这些人看来，是因为生物体最终是由物理材料——运动中的分子和原子组成的。这些分子和原子在生物体中被聚集在不同的组织水平上，一些水平甚至能避开其它水平自主地活动，但是最终都是物理学和化学的产物。因而克里克说：“最终人们希望生物学的整体可根据比它低的水平进而正好从原子水平得到解释”。(〔4〕)既然生物有机体可以从其组成部分的物理特性和化学特性得到解释，所以这些生物学家和哲学家继续断言，整个生物学最终将变为物理学和化学的一个分支。这些生物学家和哲学家就是我们所说的分支论者，概括起来，他们认为：“生物学最好能成为物理科学的一个分支，一个能够通过运用物理科学方法，现在特别是物理学和有机化学的方法发展的独立分支”。(〔3〕P16)他们把分子生物学作为用物理学和化学研究生物学的最成功的范例，因此，对他们来说，生物学的其余部分都应象分子生物学一样，主动地与物理化学靠近。目前，生物学和物理科学之间仍然存在着很大差别，有许多生命现象还不能用物理学和化学解释，但他们认为，随着生物学和物理学的发展，最终都可以用物理学和化学来解释。然而，除了分子生物学之外，群体遗传学、综合进化论、生态学、行为学、分类学等生物学学科在本世纪也得到了革命性发展，“都显示空前繁荣，茁壮成长”。这些学科都有其本身的词汇，方法论和概念结构，与其它学科特别是物理科学很少联系或只有最少的接触。因此，面对分支论的挑战，从事这些学科研究的生物学家以及从这些学科搜集材料的哲学家就认为，尽管物理学和化学方法在生物学研究中曾取得过振奋人心的成绩，但是物理学和化学的方法并不能完全适合生物学的主题内容。他们认为“生物学真正重要的目标以及获得这些目标的适当方法，与其它科学的目标和方法是如此不同，以致于生物学的理论和实践必须与物理学和理论实践保持持续的隔离。”(〔3〕.p16) 这些生物学家和哲学家就是自主论者。根据他们的观点，生物学追寻的是回答物理学不能回答的问题，因而生物学必须运用物理学提供不了的方法和手段，当然，生物学也可自由地借用物理学的理论和方法，但它不能仅仅简单地靠借用发展，它必须形成自己的方法。生物学运用物理学方法在某些方面能够取得成绩，但生物学若运用自己独立的方法则会取得更大更明显的成就。分支论与后实证主义的观点是一致的，但在自主论者看来，后实证主义从物理学中得出的科学图景对生物学来说是完全错误的。生物学当然是一门自主的学科，后实证主义那种建立在物理科学基础之上的科学统一观念会使生物学走向迷途，并阻碍生物学的快速发展。除了分子生物学以及宏观生物学自身研究特点、研究方法使一些人支持分支论、一些人支持自主论外，未来生物学研究的重点在哪一个方面，也是人们支持分支论或自主论的重要原因，或者说是动机。著名生物学家和哲学家恩斯特·迈尔曾说：“许多物理学家坚信全部生物学的见解都能归结为物理学的定律，这种情况使许多生物学家为了自卫而主张生物学的自主性，很自然，不只是物理学家，而且信奉本质论的哲学家也极力反对这种生物学的解放运动，但是这种解放运动在最近几十年不断增强了力量。物理科学的原则，理论和定律是不是能说明生物科学中的每件事呢？生物学至少部分的是不是自主的科学呢？对于这些问题的冷静讨论，由于物理科学和生物科学明显的对抗情绪，甚至是互相敌对的情绪，就成为非常困难的事情。许多人曾经想把各门科学分类排列，把数学（或者特别把几何学）规定为科学的皇后。在为争取各项荣誉如诺贝尔奖金、政府及大学的预算、职位以及在非科学家中的普遍声望的竞争中，这种对立变得非常表面化了”。(〔1〕.pp37—38) 从迈尔的话里我们可以看出，生物学家支持或反对生物学自主性的一个重要原因是为自己从事的职业的重要性作辩护。 3 争论问题的展开围绕“生物学和物理学是否不同和怎样不同这个基本问题，自主论和分支论展开了一系列的争论。从争论问题的普遍性程度看，主要有以下几个不同层次的问题：首先，最普遍的一个问题是生物学和物理学研究的目标或战略是否相同的问题。自主论认为，在生物学和物理学的基本研究战略中存在如下一个明显的差别：物理科学的解释框架是机械论的，而生物学的解释框架则是有目的的、目的论的或功能的。这里所说的机械论广义地说是指这样一种观点：一个系统的行为是通过它的组成部分的牛顿性质——位置和动量（或它们的其它替代量）决定的，一个机械（力学）系统的行为是该系统组成部分的位置和动量数值的数学函数。物理科学对其需要解释的现象都是通过扩展这些力学概念及建立这种数学函数解释的。生物学的解释框架则与此不同，主要是目的论的。这里所说的目的论是指通过寻求系统的目标、功能、需要来解释系统的行为。生物学在解释生物现象时不是通过寻求构成生命系统的力学行为来完成，而是通过发现整个系统以及它的组成部分服务的目标、功能或需要来解释。这就是说，生物学解释主要依靠的是对生物系统服务目标的正确辩别，而在物理科学中，没有目标、目的、功能、需要等概念的位置和空间。因此，生物学和物理科学研究的总体目标就不相同：一个通过把现象分解成它的组成部分的力学行为来解释，另一个则通过在一个给定的现象中辩别出一个功能网络来解释。在这种情况下，两个领域的基本研究战略就必然不同。分支论者也承认物理科学与生物科学在解释方式上存在这种差别，但与自主论者相反，他们认为这种差别是表面的，是可以排除的。争论的第二层次的问题是关于生物学和物理科学中理论的本性、数目和关系问题。物理科学的研究对象可区分出不同的层次，对不同层次对象的研究可形成不同的理论，发展出不同的学科分支。这些不同的学科分支和理论可能是独立研究、独立建立的，然而，在物理科学中已达到这样一种水平，不同层次的理论可以逻辑地、数学地整合在一起。力学、光学、热学、电磁学、量子力学、相对论以及化学键理论、化学动力学理论、平衡常数理论等，都如此紧紧地连结在一起，以致于我们可以把这些理论从更基本的到派生的加以分类，然后用基本的解释派生的，并且可以根据一个领域的理论新进展预测另一个领域理论发展的情况。相比之下，生物科学中的各种理论间的联系就没有这么紧密。进化论、遗传学、生态学、古生物学、胚胎学、发育学、生理学等等学科都有其自身的理论，但这些理论之间的联系，并不象物理科学那样可以形成演绎关系，可以数学地整合在一起。举例来说，进化论对生物学的地位，就象牛顿力学对物理学的地位一样重要，然而，它们的理论结构却大不一样。牛顿力学本身的定律可用数学公式表示，其定律之间可形成严密的推理关系，其理论体系可用公理化方法建立，而进化论的理论内容只能定性描述而不能数学化，尽管有人试图对进化论也作公理化处理。通过牛顿力学可以推演出物理科学其它领域的一系列理论，而通过自然选择理论却推不出比如分类学、古生物学、形态学、胚胎学、生态学、遗传学中的有关理论，尽管有人说自然选择理论统一了这些学科。面对生物科学与物理科学理论本性、数目和关系的这些差别，自主论认为，这反映了生物科学自身的独特特点，说明生物学是一门自主的科学，而分支论则认为这种差别是暂性的，这表明生物学在目前还不是一门特别完善的科学，随着生物学的发展，这种差别将最终消失。争论的第三层次的问题是关于生物学中是否存在规律以及规律的形式问题。一般说来，物理科学的理论是由一系列规律或定律经整合或演绎构成的。因此，传统科学哲学都把规律或定律看作是科学理论的象征，认为任何一门科学都应有自己独特的规律或定律。生命科学理论范式的形成，使一些人对此发生了怀疑。生物科学的理论是由规律或定律构成的吗？在当前的争论中，一些自主论者提出了否定意见，认为在生命科学中并不存在规律，他们认为规律或定律的观念是传统科学哲学的偏见，新哲学应摒弃这种偏见。生物学若没有规律，生物学如何存在和发展呢？这些人认为在生物科学的理论结构中概念起着中心地位，生物学的发展表现在概念含义的扩展和新概念的提出。不过，也有一些自主论者象分支论者一样承认生物学中存在规律，但他们同时又认为，这种规律是独特的，与物理科学的规律相比，不仅在内容上而且在形式上都是不同的。这些自主论者认为，物理科学的规律反映的是推挽式的（push—pull）因果机制一个在先的原因产生一个或多个结果，而生物学的规律描述的却是生物目标、目的或功能与为了得到它们的生物系统之间的关系。目标和它解释的行为之间的关系不是物理意义上的因果关系，因为在物理科学中，在后的目标不能解释产生它的事件，但在生物学中，先在事件是由目标解释的。因此，物理科学中的规律是因果性的，而生物科学中的规律则是功能性的或目的论的。反对这一点的分支论者长期以来一直试图分析自主论者所说的规律的意义，以便它们也能在非目的论的概括下被表达。分支论者认为，生命现象不过是物理现象的一个复杂的种类，所以对生物学现象的描述与对物理现象的描述就没有什么种类上或本质上的区别。对他们来说，目的论描述或者是物理规律的方便省略，或者是通向另外的用物理规律对生命现象作更精确的描述的中转站。争论的第四个层次的问题是关于一些只在生物学中出现而不在物理科学中出现的概念和语词的含义的争论。比如关于生物学和物理学研究战略差别的重大争论 目的论和因果关系的争论必然要涉及到一些概念，象“适合”、“适应”、“竞争”、“掠夺”、“拟态”等。在分子生物学中，人们毫无顾忌地使用象“识别”、“密码”、“错误”等概念。这些概念都是目的论的概念，在物理学中是不存在的。它们能被转译成没有目的论的概念吗？它们在生物学中的存在是否说明生物学有严重错误的内容？这些都是值得深入思考的问题。总之，围绕生物学哲学的基本问题，哲学家们在从整体研究纲领、目标直到个体概念四个不同层面的具体问题展开自己的讨论，这些问题即互相区别又互相联系，使生物学哲学从总体上既表现出内容上的多样性，又表现出统一性。

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世间有许许多多的生物体，世界因生命而精彩。生物形态各异，很有趣，比如，翩翩起舞的蝴蝶，讨厌的苍蝇，可爱而会唱歌的小鸟，还有6500万年前灭绝的恐龙，它们的种种生命迹象都吸引了我的视线，让我对生物有了好奇心。以前，我对“生物”的理解只是单纯的“动物”，上中学学习了生物后，我知道生物的范围很广，不止动物，植物、微生物都在其之内。地球上的植物大约有30多万种，动物约有150多万种。从生物书上，我知道了桫椤、蕨、苏铁等不常见的植物，还解决了小时候一些弄不懂的问题。有一次，我在比较干的泥土里挖蚯蚓，却怎么也挖不着，现在才知道蚯蚓生活在阴暗潮湿的地方，干地里当然挖不着了。为什么仙人掌的叶子会退化成刺呢？因为它需要适应环境，为了减少水分的丧失，储存更多的水分，仙人掌的茎部也变得肥厚而多汁。生物这门学科帮助我 了解了疑难的问题，这是我喜欢生物的原因之一。走进第二单元，我认识了显微镜。在我心目中，显微镜是那样地奇妙，一直都想用它观察东西，小学时从来也没碰过它。记得第一次进生物实验室，看见桌上的显微镜，有一种难以抑制的喜悦。于是我迫不及待地凑到目镜前看了看，可看到的只是一片黑暗。上课时，老师说，用显微镜观察东西并不是想象得那么简单，要经过对光、选择物镜、制作临时玻片标本、调整清晰度等几个环节。我仔细地听着，努力熟记其结构的每一个名称。在老师的帮助下，我终于通过显微镜看到了细胞。当时就有一种巨大的成就感，仿佛自己也成了一个科学家，会用显微镜观察微生物了！还有一个奇怪的现象，在显微镜下呈的是倒像。现在，使用显微镜已成了家常便饭，几乎每节课都要做实验。用显微镜观察肉眼看不到的东西能使我快乐，这也激发我学习生物的兴趣。此外，我还对生物体有了新的认识。除病毒外，生物都是由细胞构成的。在显微镜下看到的细胞是一个个排列在一起的。植物细胞由细胞壁、细胞膜、液泡、细胞核、线粒体、细胞质、叶绿体构成，动物细胞由细胞膜、细胞质细胞核、线粒体构成，它们的作用也各不相同。细胞核由染色体构成，染色体由DNA构成……别小看一个小生命，它的结构复杂得很呢！以前，我不知道水果中的水分是从哪儿来的，原来是来自液泡中的细液泡。我总是生病，学习了生物后我知道是病毒在我身体里捣鬼！连病毒都是生物体，真是不可思议啊！我对生物越来越有好奇心了。生物学把我带进了一个奇妙的世界，解决了疑难的问题使我豁达，使用显微镜让我感到快乐，微生物使我有了好奇心，因此，我对生物这门学科产生了浓厚的兴趣。