|
|
论生态系统的目的
摘要：本文在分析了目的论的演化、定义及其普遍性的基础上，进一步讨论了群落、种 群、个体三个层次熵的变化，认为生态系统的目的是使其熵减小。 关键词：熵 目的 生态系统 中图分类号: 文献标识码:A 文章编号:
The Telos of ecosystem
Abstract Studed the evolument、definition、universality of teleology and discussed differently th e levels of biosphere、community、population、individualetc，so concluded：the telos of e cosystem made its entropy decrease。
Key words：entropy；telos；ecosystem.
恐怕没有哪一种理论或学说的命运像目的论那样富有戏剧性；在西方古代和中世纪，目 的论俨然成了权威的解释模式；随着自然科学和科学主义精神的发展，目的论又几乎成了所 有理论中最“臭名昭著”的理论；然而，在当今心灵哲学、认识论和科学哲学等领域的自然 化运动中，目的论不仅被“平反”了，而且成为人们谈论的主要话题，有关概念的使用频率 趋高，其地位不断攀升，至少成了各种竞争理论中占据重要地位的一种理论。(高新民和赵 泽林,2006)生态系统的目的是什么，其演化的方向又是什么，本文试从进化的角度对不同层 次的生态系统目的进行讨论。
1 目的
古希腊目的论集大成于亚里士多德，中世纪神学目的论发展了亚氏与柏拉图的学说，继 而被实验科学提倡的机械论完全否定，18 世纪康德重提目的论连接其三大批判形成完整的批判哲学，最终目的论通过系统科学重新回到科学家的思想中。(王平,2004;黄金南,1996;桂 起权,2004) 系统的目的，是指系统朝某种定态运动和演化；(黄金南,1996)贝塔朗菲称为目的为预决 性，“直接趋向于一个特定的最终状态和目标的目的性行为并没有超出自然科学限度，也不 是把本来无方向的和偶然的过程加以拟人化，相反它是在科学用语中完全能够定义的一种行 为方式，并且能够指出这种方式条件和可能的机制”(马建华等,2003)；目的就是事物在一定 条件下必然要达到的目标；(郭华庆,1996)“一切有目的的行为都可以看作需要负反馈的行 为”；(苗东升,1994)“目的为系统的可能状态集合中的那些终极状态，这种状态是稳定的， 对其它状态有吸引作用，有目的的行为就是趋达终极状态的运动”；(苗东升,1994)系统的目 的性是指系统追求有序稳定结构的性质；(马建华等,2003)目的与目标不完全相同，目标是先 前设定的，而目的则是先前设定与后来变化的结合；(陈金钊,2004)协同学中目的表述为序参 量、目的点、目的环，在混沌理论中目的表述为奇异吸引子。总的来说，目的论解释是向后 看去寻找事件的最终状态或者说功能、目标和目的。(陈金钊,2004)目的性不是超自然的神秘 莫测的东西，而是系统所具有的一种客观的、普遍的属性。(黄金南,1996)与因果概念的“过 去决定性”相反，目的性概念反映的是“未来决定性”；目的制约、吸引“现在”的状态向 自己运动；作为“精灵”“指挥”着系统“奔向”这个目标；目的性反映的是系统趋向的“终 极状态”、“未来状态”，即作为结果的存在；这种状态还是一种“可能的状态”，因而是一种 “现实的非存在”状态。(赵玲,2001) 19 世纪末 20 世纪初，“目的论对于生物学家来说就像是他的一个情人，他离不开她， 却又不愿意人们公开看到他们在一起”；随着物理学和化学向生物学的渗透以及分子生物学 的产生，“她”上升为合法的“妻子”；生物学家可以运用它来解释一系列现象，显示出一种 向亚里士多德复归的趋势，“为了某种目的”、“为了某种功能”、“为了某种可能发生的事” 等等常见于文献(如：生物学家往往把动物的心脏解释为是为了血液循环的器官，又把血液 循环解释为向全身提供营养同时把废物排出体外的活动；他们把植物的叶面朝向太阳解释为 是为了接受更多的光能，又把接受光能解释为是为了植物合成有机体和贮存能量等等)。(王 艳,2006,P19;李建会,1996)现代生物学家、生物学哲学家和系统科学家惊奇地发现，经过重新 解释的目的论，仍是理解自然奥秘(首先是生物自然界的奥秘)的极有启发力的研究纲领。(桂 起权,2003)康德注意到“用力学的原因来完全清楚地说明一棵野草或一个幼虫的产生是困难 的”，于是，他主张对生物界必须进行目的论的考察，即不同于机械因果观的目的论——自 然目的论，“如果一个事物同时自身是因又是果，它就是自然的目的”；黑格尔也赞成内在目
的原则，他把目的理解为事物自身的内在规定，强调目的存在于必然性的历程里，“终结即 开始，结论即根据，结果即原因”。(任永堂,1987) 有人认为，目的是有意识的行为，对非人类的其他系统，使用目的性一词不恰当。随着 研究不断深入，人们逐渐认识到，任何系统的变化都是有方向的，变化方向就表明系统行为 有一定的目的。(马建华等,2003)它存在于一切事物的演化过程中，不仅存在于人类的活动中， 同样存在于自然界的演化过程中，“不要一提到目的就想到或仅仅想到那单纯存在于意识之 内的，以(主观)观念形式出现的一种规律”，重要的是广泛存在着走向有序的非随机运动， 趋向一定目标的有目的的运动。(郭华庆,1996)因此，目的论的解释力适用于整个世界；(王 艳,2006,P1)一切事物运动发展都具有目的性；(黄金南,1996)在各种复杂系统的运动中，普遍 存在着目的性(郭华庆,1996)。人类的目的性是最高级的形式，动物的本能行为居其次，而自 然现象的必然性不过是目的性的萌芽或最低级形式罢了。(黄金南,1996)生态系统即生态学系 统，包含了从个体到生物圈的所有层次的生物组织层次，如何确定它们的目的呢？任何生态 系统都有它的终极价值，大自然的一切都是合乎目的的，自然的内在机制实现着自身的目的； (葛永林,2007)生态系统是开放的、自组织的，是耗散结构最典型的实例，其演化发展的方向、 目的也就可以用熵理论来诠释。 熵理论第一次说明了运动转化的方向性和时间的不可逆性，经过热寂说、麦克斯韦妖的 考验，玻尔兹曼、申农、普利高津等人的发展，已经渗透到了很多领域。不仅在自然科学中 开始得到较为广泛的运用，而且越过鸿沟进人社会科学领域；在西方，熵理论已在经济学、 历史学、伦理学、社会学诸方面做尝试性应用，甚至教会也用熵理论来解释《圣经》；有人 预见熵理论将会成为奠定新的文明观的科学基础。(白锦会和戴志松,1990)同样，生态系统的 演化方向也可以用熵来定义。
2 生物圈
生物圈指地球上所有生物组成的系统，是最大的生态系统，其环境为地球的非生物部分。 从原始生命形式，演化出五彩纷呈的生物世界，此过程正好与热力学中封闭系统的演化终点 ——平衡相反，生物演化的目的是非平衡即熵减少，这与目的学的证明(新疆维吾尔自治区 科学技术协会,1988,P110)相符。而布鲁克斯和威利(乔生炳,2000;张学文(新疆维吾尔自治区科 学技术协会,1988,P23)认为此过程的熵增加，其理论的根据是在演化方向中产生了更多的分 支，增加了复杂性，使最大熵的产生速度大于实际熵产生和速度(此理论与大爆炸时熵增理论相似)。也有学者(姜璐,1997)基于复杂性将演化过程的熵分为个体“结构熵”减小，种群 “演化熵”增加。作者认为熵与系统的均匀性呈正相关与复杂性无直接关系，复杂性来源于 子系统之间关系的增加。在熵的计算公式中，子系统的增加可导致熵值的增加，但不能因此 而忽略熵本身的意义。此时熵值的增加恰恰说明熵的计算公式不能区分因子系统数量的变化 导致的熵变与子系统数量不变而均匀性变化导致的熵变。如果熵增加，系统最终会平衡，与 封闭系统走向相同的结果，这与现实相悖。 根据熵增加原理，孤立系统的熵会增加至最大而平衡，如果宇宙是孤立系统的话，最终 也会热寂而终，而达尔文的进化论却证明了地球上生物的演化呈现了相反的趋势，而向有序、 非平衡演化。因此，可以用熵来定义退化与进化：熵增大即说明系统在退化，相反则进化。 自然界中自发过程向着系统的熵增大(或有序性减小)的退化方向变化，而生物却向着复杂、 有序的方向进化。为解决进化与退化之间的矛盾，以普里高律(Prigogine)为首的布鲁塞尔学 派发展了耗散结构理论，该理论认为，远离平衡态的开放系统在一定条件下能自发地向着有 序化变化发展，这种稳定的有序组织形式，是以系统不断地从外界环境中获得能量和物质， 在内部流通转化逐渐耗散来维持的，也就是说是以外界不断地输入负熵为代价的。从耗散结 构的理论看，系统内部的涨落可导致两种状态：或崩溃或到达一个更高的层次，这就是进化， 原始生命到现代生命的发展就是最好的证明；生物每克服一次危机之后，它就进化到了一个 更高层次，同时亦提示，在进化过程中正反馈导致生物的垂直进化，负反馈则导致水平进化。 (陈大清和李亚男,2001) 作者认为，生物圈中所有的生物共同完成的演化过程，是进化过程，其目的就是进化本 身所定义的熵减小。
3 群落演化
马建华等(马建华等,2003)的研究表明，温带某一成熟的群落往往具有垂直方向上的多层 结构，每一层次的物种在该系统中都执行着一定的功能，其内部的物质、能量和信息交换达 到了高度的统一，生产力(功能)也达到最高；此时外来物种很难侵入该系统，即使有干扰， 系统也能靠自身的能力消化吸收，所以系统处于最稳定的状态。如果该地区的生态系统不是 上述稳定的系统，将容易受到干扰的破坏，所以在条件允许的情况下，系统会自动地向有序 稳定结构靠拢，按裸地－苔藓地衣生态系统－草原生态系统－灌木生态系统－森林生态系统 的序列方向演化，一直到达与当地环境条件相适应的最稳定的生态系统为止。这就是生态系
统的目的性。文献(奥德姆,1981)列出了群落进化的 24 项指标，作者认为其中最本质的是熵 减小，这也是群落演化的目的。群落演替常遵循一定的顺序，即最初出现的生物比较稀少， 相互之间关联较少，决定生存的是固有的非生命环境因子，随着种群的发展，压力增大，种 群间的相互干扰、竞争使得那些竞争力弱的物种不能繁殖，并且由于外在和内在的因子变得 更加严峻，终于使一些有机体被消灭，而保存下来的有机体，则彼此相互适应，物种进行更 替变换，最终形成顶极群落。(戈峰,2002,P211) 群落作为一个远离平衡的自组织系统，不管其初始条件如何，期间受到怎样的破坏，系 统总是“自觉地”趋向一个自身最高的目的——顶极群落演化；而顶极群落就是环境所允许 的生物量最大、营养级最丰富，负熵最大值、总熵最小值的状态，也是功能和结构最复杂的 状态。这个状态就是系统演化的终极价值目标；生物量越高，也就意味着系统贮存越多的能 量，可以开辟更多的能流通道或强化抵抗逆境的能力，从而提高生态系统的稳定性；进而会 导致较复杂的空间结构，形成很不均匀的、更为复杂的消费者等级并交叉形成食物网。(白 锦会和戴志松,1990) 可见，群落也是向熵减小的方向演化，即进化。同样也可以将熵减小作为群落的目的。 群落会演化到环境所允许的最小熵水平，只要环境条件允许，群落不会停止向这一方向的进 化。
4 种群演化
同样是自组织系统，种群也以开放而得以存在、发展，不断的从环境引入低熵的物质、 能量，中和熵产生。因此，种群应该与个体有同样的目的方向——熵减小。但由于环境的存 在，使种群不会永远向熵最小进化，而是为保持更大的系统——群落的熵不增加将自身的熵 维持在一定的范围内。一旦失去这种制约，种群会迅速向熵减小的方向进化，如增大群体数 量，适应新的环境，产生新的生态型等。有的物种，在其自然发展过程中，在生境中产生一 些对自己不利，而对其他物种有利的因素，从而在此过程中创造了物种替代的环境条件：许 多植食性昆虫，由于对植物的危害而经常破坏了自己的适宜环境，甚至毁灭了作为生境或食 物的寄生植物，但同时，却又为另外—些相继营养级别的物种创造了繁盛的条件，从而导致 了群落的演替过程中物种组成成分的更替，这就是演替的效应。(戈峰,2002,P238)水域的富 营养化过程中，某种群得到充足的营养而迅速进化，使其它物种不能生存，导致群落的熵增 大，最终该物种也因所依存物种的消失而退化，趋于平衡。最明显的例子就是人类种群，在
进化的过程中越来越趋向于有序。人类不断从自然环境中获取低熵物质，克服社会经济系统 等内部不可避免的熵增加，不断发展；与此同时，环境中失去低熵物质越来越多，总熵逐渐 增长。(新疆维吾尔自治区科学技术协会,1988,P115)当前，人类种群已经有能力不受环境的 控制，如果不进行自我控制，任由向熵减小方向进化，势必引起整个地球的熵增大，当环境 中没有更低熵的物质可利用时，最终会走向熵增大——退化。 我们知道，生物个体从出生到死亡所携带的遗传信息，除偶然地发生突变外，始终相同。 而从一代携带的遗传信息传到下一代则是有差别的，所以生物进化不是个体性的，而是群体 性的，种群是生物进化的实体。另外，生物从亲本遗传下来的不是各种性状或各种表现型， 而是一定的基因型，是对一定范围的生活环境所具有的一定的反应能力。也就是说，生物不 同，遗传基础不同，进而它们对环境的反应能力也有所不同，这种情况在遗传学上叫做“反 应规范”。反应规范的基础是种群内个体的基因型。在一定意义上讲，生物进化就是种群内 与环境有关的遗传信息内容的变化，而这种变化是以种群内个体基因型的变化为根据的。(任 永堂,1987) 所谓生物进化的目的性，指的是生物进化过程的稳定性和生物进化结果的整体最优性。 进化过程的稳定性是生物进化在时间上表现出来的组织性、协调性和有序性；进化结果的整 体最优性是生物进化在空间上表现出来的组织性、协调性和有序性。生物进化在时空上呈现 出这种规律性表现的实质，就是由于其结构本身调节了信息联系，使进化系统与环境之间保 持着一种相互适应性和协调性，而这种适应性和协调性又是在系统内部的“目的”约束下实 现的。(任永堂,1987) 生物进化的目的也就是生物进化的信息反馈调节系统所追求的“目标”。(任永堂,1987) 正是由于生物进化具有信息反馈作用机制所以它才能不受内部环境和外部环境偶然性 干扰的触犯，以自己的行为应付这些干扰并使自己得以实现。由此可见，生物进化的目的就 在于通过负反馈作用，使生物进化自身能在内外环境的千变万化中保持稳定，使整个生物界 能够沿着从低级到高级，从简单到复杂这一自然趋向顺利发展。(任永堂,1987)
5 生物个体生命进程
“生物为了生存而作的一般斗争，既不是为了物质，也不是为了能量，而是为了熵而斗 争”；“生命赖负熵得以生存”。(姜璐,1997)生物体是开放、自组织系统，根据耗散结构理论，
其熵由两部分组成：内部不可抗拒的熵增加和通过与环境交换得以实现的熵减少，它们通过 呼吸、进食、排泄以及放出热量、吸收热量和对外作功等活动与外界不断进行着物质和能量 的交换，以保持或减小自身的熵。(姜璐,1997)孤立系统正好相反，无法从外界获得所需，只 能任凭系统内无法抗拒的熵增加，最终平衡而终。当生物的熵变小于 0，系统的熵减少，有 序程度增加。这意味着生物体从一定的有序结构上升到更高的有序结构，生物体就成长了； 若生物系统的熵变为 0，生物体便维持在一定的有序结构上，如生物体的成熟阶段；如果生 物体的熵变大于 0，生物系统的熵增加，生物便开始退化、衰老，当生物体的积熵达到最大 时，整个机体呈现高度混乱状态，生命的有序活动即无法维持，这就是机体的死亡。(姜璐, 1997)如果生物系统出现短期或局部的熵积累过多，出现了局部的混乱状态，这就会造成生 物体处于病态之中，从物理的角度看，各种医疗手段的目的都在于使病灶恢复有序状态，也 就是清除多余的“积熵”。(姜璐,1997;苏玉霞,2002)必须指出，生物从外界获得能量、物质、 信息，维持自身的熵减小是以更大范围的熵增为代价的。(姜璐,1997)可见生物个体的一切活 动都是减少自身的熵，与熵增加抗争，即使是生存本身也是种群熵减少所必需的。“熵减少” 是生物个体演化的目的，但并不代表生物会始终保持低熵状态，因为个体永远生存于环境之 中，有无数的干扰促使系统的熵增加。同时，生物自身的“物质”本质也决定其“熵增加” 不会停止，如果不能被自组织引起的“负熵”所抵消就必然导致生物个体的死亡。 生物的个体发育表明，一个比较简单的受精卵内包含着未来胚胎的全部遗传信息，经过 卵裂、囊胚期、原肠胚、三胚层、器官系统、直至发育成一个成熟的比较复杂的个体；如果 受精卵中的遗传信息不能按照一定的时空顺序表达，个体发育规律就会被打乱，高度有序的 生物世界就不复存在。(陈文强,2002)20 世纪初，法国生理学家贝纳德发现，一切生命组织 都有一种共同的性质，即它们的内环境(血液、淋巴等)即使在外界环境改变时仍然能保持不 变。一切生命机制不管怎样变化，只有一个目的，即在内环境中保持生存条件的稳定性。2 0 世纪 30 年代，坎农提出“内稳态”概念。我们发现机体具备这样一种能力，即在外界环 境不断变化的条件下，机体保持内稳态的能力。例如，无论外界温度怎样变化，不管是南方 炎热的夏天，冰冷的北极的冬天，人的体温都保持在 36~37℃之间。这是由于在有机体中存 在这样一种机制：当体温一旦偏离了这个内稳态的恒定值时，就会马上引起一系列反应，使 体温的偏离得到纠正。它可以适当地控制体内的生化过程，从而恰恰达到身体所需要的温。 这个内稳态的一定的恒定值，就是机体自组织所趋向的目标或目的。它是系统或生命有机体 保持自身的组织性的重要条件。
6 结语
系统演化理论告诉我们，目的性既不是一个非科学的概念，也不是一个解释生物进化的 专有名词。包括生物界在内的整个客观世界的事物，只要有演化有发展，便有目的性。而在 生物界，目的性只不过以一种更确切、更强烈的方式表现出来。(张彦,1993) 系统存在目的但其能否实现取决于环境。自组织理论这一学科群研究的对象几乎涉及到 科学的各个领域，但研究有个中心，就是演化规律问题，其重要的成果，就是发现了“吸引 子”；它是规定系统长期演化行为和趋向的终极状态，数学上叫极限集合。它标志着系统的 存在和演化的目标。“如果系统自己要走向一种有序结构，那就是说代表那种系统有序结构 的点的系统是目标，不管从空间的哪一点开始，终归要走到这个代表有序结构的点”。(郭华 庆,1996)“合目的性”经常被用来表述生物学中的规律性，这与本文的“目的”不存在冲突， 前者重在“规律性”，后者重在“方向性”。生态系统是典型的自组织系统。作者认为生态系 统演化的目的是使系统的熵减小，这一演化方向可以在生态系统各个层次得到验证，但这种 熵减小是以环境的熵的增加为代价的。同时，也存在“为保证系统的熵减小而牺牲其子系统 的熵增加”的事实。
参考文献
(美)奥德姆(E.P.Odum)著.孙儒泳等译.1981.生态学基础.北京:人民教育出版社:245 白锦会,戴志松.1990.熵理论研究的进展和意义.华中师范大学学报(自然科学版),24(1):11 8~124 陈大清,李亚男.2001.纵览生物进化的理论及其哲学观.湖北农学院学报,21(1):49~56 陈金钊.2004.目的解释方法及其意义.法律科学(西北政法学院学报),(5):36~44 陈文强.2002.熵?信息与生命本质的探讨.汉中师范学院学报(自然科学),20(1):84~87 高新民,赵泽林.2006.“生物学转向”与新目的论.哲学动态,(5):41~45 戈峰,2002.现代生态学.北京:科学出版社 葛永林.2007.生态系统能量本体论.系统科学学报,15(1):44~47 桂起权.1995.目的论自然哲学之复活.自然辩证法研究,11(7):1~9 桂起权.2003.系统科学:生物学理论背后的元理论.河池师专学报(社会科学版),23(3):4~7 郭华庆.1996.目的论的过去与现在.生物学通报,31(5):41~43 黄金南.1996.略论系统思维的特色.华中理工大学学报(社会科学版),32(4):12~15
姜璐.1997.熵—系统科学基本概念.沈阳:沈阳出版社,167 李建会.1996.目的论解释与生物学结构.科学技术与辩证法,13(5):15~18 马建华,管华等著.2003.系统科学及其在地理学中的应用.北京:科学出版社,35 苗东升.控制论的辩证思想.教学与研究,1994,(4):53~58 乔生炳.2000.“熵”概念的拓展和应用.现代物理知识,(3):38~39 任永堂.1987.论生物进化的目的性.东北农学院学报,18(2):184~187 苏玉霞.2002.生命系统、生态环境熵分析.广西师范大学学报(自然科学版),20(1):112~115 王平.2004.目的论视域下的康德历史哲学:[博士学位论文].上海:复旦大学,7 王艳.2006.目的论的发展与马克思主义关于目的的学说:[硕士学位论文].广州:华中师范大学 新疆维吾尔自治区科学技术协会.1988.熵与交叉科学.北京:气象出版社 张彦.1993.论系统的目的和控制.社会科学研究,(2):107~110 赵玲.2001.论自然观变革中的因果性和目的性.自然辩证法研究,17(7):6~10 |
|
发表于 2007-10-19 07:42:51
发表于 2007-10-21 00:30:15
