动力系统设gt为其相应的相流（单参数变换群）

[PDF]北京大学武际可教授讲义

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• 亥姆霍兹自由能、焓、吉布斯自由能，它们和内能之间的关系是􀂄􀂄变形能密度与余变形能密度之间有关系。WTδδΓ＝：cWTδδΓ＝：cTWW0Γ：－－＝它们都是勒让德变换的实例

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主之生物，有数、有度、有重，物物皆然。数即 ... 力学是一门能准确提出并论证不论何种力所引起的运动， .... 变换构成了一个单参数变换群，也称为单参数李. 群。 ( ), n.

 

科学网—理性力学中的固体、液体和气体- 肖建华的博文

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2009年11月10日 - 在我国， 陈至达 先生是上面的“1”解决办法的力行者。 ... 因该理论区别以其它的理论，在数学上的概念与单参数变换群相关，因而相关研究工作的 

 

 

phymath999: 介子九重态的质量分析,介子和重子都属于群的 ...

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2013年3月11日 - 弱相互作用弱相互作用足种短程力除光子、胶子外所有的基本粒子都参与这中相互作用。 ..... 周天寿所著生物系统的随机动力学欧文·拉兹洛生物系统（有机体） ..... 动力系统设gt为其相应的相流（单参数变换群） · 当非定域的量子相干 ...

 

周天寿所著生物系统的随机动力学欧文·拉兹洛生物系统（有机体）

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2013年3月26日 - 某些生物门类中存在着双重辐射对称性，例如栉水母门就是如此。 ...... 动力系统设gt为其相应的相流（单参数变换群） · 当非定域的量子相干达到一个 ..... 弧長這一幾何量作為曲線上點的坐標,曲線的內在幾何;爱因斯坦提出了“短程线”.

 

 

终极理论之梦- 人人小站

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爬虫几乎是二维的生物，它们靠爬行来感知周围世界。1884年英国小说家E. A. ... 我们假设爬虫的光学定律也要求光线沿短程线传播，所以二维球面上的光线，即短程线，在 ...... 由向量场得到单参数变换群的过程，就是求解Hamilton 正则方程组的过程。

 

 

 

复杂生命“由内而外”起源理论颠覆传统观点

2014年10月29日 09:39   新浪科技 微博    我有话说(96人参与) 收藏本文     

　　新浪科技讯 北京时间29日消息，据国外媒体报道，近日，一个有关复杂生命起源的新观点有可能彻底推翻现有的理论。在公开获取的《BMC Biology》杂志上，巴兹·鲍姆(Buzz Baum)和大卫·鲍姆(David Baum)两位学者提出了他们的“由内而外”(inside-out)理论，对真核细胞——组成了所有的多细胞生命，包括人类——的演化过程做出了解释。
　　长期以来，科学家一直在思考简单的“原核”细胞如何演化成复杂得多的真核细胞。原核细胞，如细菌等，就如同一个由细胞膜包围起来的袋子，而在真核细胞内部，则具有发达的内膜系统，存在着内质网、高尔基体、线粒体等多种细胞器。真核细胞最主要的特征是具有被核膜包围的细胞核，其内部含有以DNA形式存在的遗传信息。内质网控制蛋白质和脂质在细胞内部的转运。线粒体扮演着细胞发动机的角色，其内部含有自己独特的DNA，通常认为是由内共生的原核生物发展而来。现在的难题是，还没有人发现过在复杂性上处于中间状态的真核细胞，这也使认识其演化过程变得十分困难。
　　目前最广为接受的理论是，线粒体最初是一种细菌，被一种古菌吞噬进细胞内部。古菌又称古细菌，属于原核生物，它们与细菌有很多相似之处，但在分子特征上又有很多差异。包括核膜在内的真核细胞内膜系统，就是由这种古菌通过外膜内陷的方式形成。这一理论与现有的许多数据相吻合，但仍存在一些问题。其中最重要的一个问题是，目前还没有发现外膜内陷的古菌。
　　另一方面，线粒体看起来很可能并不是被古菌吞噬的，因为吞噬活动需要很多能量，而在真核细胞中，正是线粒体负责提供能量。而且，吞噬活动还需要用到源自线粒体的脂质。来自威斯康辛大学的大卫·鲍姆说：“所有人都同意真核生物起源于两种细胞类型的共生作用：细菌变成了线粒体，而宿主，即古菌或者古菌的近亲，变成了细胞质和细胞核。这一共生关系解释了线粒体的起源，但其他真核细胞结构，特别是细胞核的形成并没有合理的解释。”
　　巴兹·鲍姆和大卫鲍姆的“由内而外”理论提供了一种渐进的真核细胞演化路径。首先，细菌的细胞外膜形成泡状突起，称为“泡体”(bleb)。这些泡体捕获了自由活动的类似线粒体的细菌，在与细菌密切接触的过程中，古菌细胞获得了能量和脂质，体积变大，泡体也变得更大。
　　泡体的侧面逐渐形成了内质网，内表面则形成了细胞核的外膜，原先古菌的细胞膜外膜变成了我们现在所说的内核膜。最终，泡体与另一个泡体的融合导致了质膜的形成，我们现在所知的真核细胞由此出现。
　　大卫·鲍姆利用一个比喻来解释这种“由内而外”理论与以往理论的区别：“原核细胞可以看作是一个由巨大的开放建筑组成的工厂，管理人员、技术工人、收发员、门卫等都在一块工作。相比之下，真核细胞就像是一个工厂综合体，由一系列相互联系的工作场所组成：控制室、接收室、生产车间、运输网和废物处理站等等。传统理论认为，这种工厂综合体的出现，就像是在飞机库式的建筑中建造起不同的隔间。‘由内而外’理论则认为，一系列扩展建筑被加到最初的核心建筑——即控制室——的周围，同时其他功能也移入了新的、专门的区域。”
　　“由内而外”理论与现有的所有理论都完全不同，因为真核细胞是在原始细胞的外部形成的。大卫·鲍姆在30年前就已经有了这一理论的框架，当时他还是一名大学生。他说：“‘由内而外’理论可以说是其他由外而内模型的明显替代者，但或许只有一名天真的大学生，才会从这样一个颠覆性的视角进行思考。”
　　我们无法知道这些早期的演化步骤是何时发生的，但可以通过现有的过程来获得启发。巴兹和大卫利用一些现生的古菌样本，制造出了类似泡体的结构，以支持他们的理论。他们还列举了许多可以用该理论解释的真核细胞的普遍特征。

与任何好的科学理论一样，“由内而外”模型也会引出许多可以在现生细胞中进行检验的预测。研究者希望该理论能够激起更多的实证研究，因为关于原核细胞和真核细胞还有很多很多的未解谜题。
　　《BMC Biology》的编辑米兰达·罗伯逊(Miranda Robertson)对“由内而外”理论的评论是：“并不是所有人都会被这一理论说服，任何像真核细胞起源这样古老的事件，其重构过程都将会有许多不确定的、徒劳无功的地方。但是，如果一个理论能促使人们去思考、验证，那它就并不一定非得是正确的、有用的。”
　　来自伦敦大学学院的巴兹·鲍姆说：“即使这一假说错了，或者其中一部分被驳倒，我们也会乐观地认为，它将带来新的细胞生物学发现，并促进我们对真核细胞生长和分裂等生物学的了解。学习细胞生物学的学生或许会认为，他们进入了一个几乎所有事情都已知的领域，已经不能做出什么贡献，但事实并非如此。新的模型有助于厘清事实，但还有许多有关真核细胞起源的基本问题等待解决。”(任天)

生物系统（有机体）

   很长时间以来，人们总认为物理界是完全不同于生物界的。直到20世纪30年代，物理学家和生物学家通常不过是偶尔提到与自己专业领域毫无联系的——即使有的话，也少得可怜——对方的领域。生物物理和生物化学的出现使这两个领域较为紧密地结合了起来，不过，这样做的代价是：在生物学内部出现了一元性－二元性问题。随着机械论和目的论方面的争论，这个问题日趋明朗。有些科学家满怀着在物理学和生物学之间建立沟通桥梁的希望，通过将物理学的规律和概念引申到生命有机体领域，研究探讨范畴的分界线，但他们被其反对者指责为“物理主义的还原论”。这些反对者要么支持在产生生物组织方面性质上完全新奇的事物的出现，要么希望看到把生物学概念引申到物理领域。于是，一方面，生物有机体被看作是特别复杂的物理和化学系统；另一方面，物理实体被认为应归因于生存意志（entelechy）或至少归因于“精神”或“灵魂”的种子。
　　根据自然系统的一般理论并借助于分析物理现象和生物现象的简单方法，物理界和生物界的基本差异可以克服而不必再进行令人生厌的机械论－生机论争论、二者之间的具体差异虽不能用这种系统分析方法检查，但可以用结构同型性（而不是同一性）的思想方法来加以说明。同时在重要的组织性的各个方面这些同型性保证了既定现象的统一性。这种新的具有无限潜力的方法就是我们将要在这里探讨的方法，利用这种方法，我们可以用处理原子的同样方法来处理各种形式的生命有机体。也就是说，我们将探明目前的生物学理论是否允许自然系统的一般理论对“生命有机体”的适用性问题有一个肯定的答案。
　　理论：Ri＝f（α,β,γ,δ），这里的α,β,γ,δ都是独立变量，具有共同的函数Rii（“有机自然系统”）。
　　Rii＝f（α）（系统的状态特性）
　　第一个疑问涉及到关于生命有机体的“整体性”和“秩序”概念的有效性。答案是如此明确以致只消用几句话就足以证明。

　　有机体：整体性

　　有机体的非加和性表现在处于热力学平衡时其各组分的熵与其整体的熵之间的差别。熵差也可以用信息的“比特”来表示（丹考夫〔Dancoff〕和库斯特勒），即称作信息熵（information－en－tropy．）。事实上，生物组织的真正本质在于有机组分彼此构成的相互联系——仅各组分特性之总和产生不了生物有机体，更不用说个体了。联系是如此重要，以致于数量相等的同一组分或同一组分的相互联系的最微小的变比也许会产生完全不同的结果。这一点在生物层次上十分明显。例如，DNA螺旋中的氨基酸链顺序的任何变化会全面地改变整体的特性。此外，甚至连复杂的结构也与涉及整个有机体的许多反应（例如普遍适应症候群的应激反应）一起高度地结合。我不希望在这里介入超自然的绝对的“机械论”和“整体论”的争论中，而且除了考虑整体以外将不论证某些生物反应是“无意义的”。以目前的透视法就足以建立这样的命题：有机体是由相互依存的组分“构成的”（非加和的）整体。并且，现代生物学充分地证实了这一命题。

　　有机体：秩序

　　那么，有机体的有序性怎么样呢？秩序涉及到时空结构和事情发生的先后顺序。空间秩序指的是有机体的“结构”或“形态”；时间秩序指的是有机体的“功能”或“生理”。在这些概念之间不存在对立。正如冯·贝塔朗菲指出的，“结构与功能之间、形态与生理之间的对立是基于有机体的静态概念之上的。机器中固定的安排能使机器运转，也能使机器停止。同样，预先建立的结构（如心脏）有别于其功能（即节律性收缩）。其实，预先建立的结构与发生在结构中的过程之间的这种分离并不适用于生命有机体。因为有机体是一个连续不断的有序过程的表现，尽管，另一方面，这个过程是靠基础结构和有机形态来维持的。形态学中被描述为有机形态和结构的东西实际上就是通过时空模型的一个瞬间横断面”。
　　那么，当我们考虑生物有机体的形态时，我们就要考虑一个瞬间横断面（一列“缓慢移动的波”），在横断面上叠加了动态函数或动态模型（快速过程波）。结构中的秩序和过程中的秩序不是不同种类的秩序，而是有机体时空模型的基本秩序性的不同表现形式。首先让我们考虑表征空间显示的“慢波”模型特性的这种秩序，即生命有机体的形态秩序。
　　生命有机体的形态显示出引人注目的对称形态。最早的原生动物门显示了球形对称性：它们的躯体都呈球形，其各部分从中心向各个方向伸展，或者说，其各部分都围绕中心排列。在所有适应于依附性生存的物种中，包括大多数植物，都可以发现呈辐射状的对称性。躯体的一般形态呈圆柱状或碗状，有一个中心轴线，各部分从中心轴线向外辐射，或者说，围绕中心轴线排列。轴线是多极的：它在两端是不同的。就动物而言，一端称为口端或前端，长有嘴巴；另一端是尾端或后端，长有尾部器官（例如肛门）。就植物而言，一端可能长有根，另一端可能长有花。某些生物门类中存在着双重辐射对称性，例如栉水母门就是如此。它不同于辐射状对称性，除了前后轴线以外，还有另外两条轴线，这两条轴线与主轴线垂直并且相互垂直（后两条轴线称为矢铀和横轴）。最后，两边对称性与双重辐射对称性一样有三条相同的对称轴线，不过，因为背部和腹部有区别，有机体仅有一对对称面（侧翼面）。这种对称性是绝大多数动物的特征。双边对称性表明了前端的变异，前端作为潜在头（potential head）（“头在形成”过程中），长有眼睛和其它的感觉器官，并且集中了神经组织。当个体进化到发达程度时，头颅的形成变得越来越明显。虽然这些形态为大多数物种所具有，但通过相关生长，变异也许是可能的，例如，相同的对称部分也许会以长的、短的、扁平的或尖锐的等不同形状显示出来。
　　如果在生命世界中，结构表示过程，那么有机体形态中的对称性就一定具有功能的意义。韦耳指出，如果“自然规律中固有的全部对称性”对特定躯体来说，除了其位置P的偶然事件外不受任何事物的限制，那么它将采用围绕中心P的球形形状。因此，若悬浮于水中，原生动物门则趋向于成为球形。韦耳借助于下面的思考说明了辐射状对称性：对附着于海底的躯体来说，重力的方向作为决定性的因素出现，它使得对称性作用缩小了，从围绕中心P的各方向的作用缩小到仅在一个轴线周围的作用。对于在介质中具有自我运动能力的有机体而言，双重辐射的对称性就是其逻辑形式，因为对它们来说，前后方向和重力方向都具有决定性的影响。双边对称性似乎是最复杂的对称形状，对于有机体来说，这种形式具有功能的价值，因为在趋向于左、右两面之间产生遗传差异的环境中（在双边形状中，只有在这两面之间差异是任意的）存在着一些因素，这些因素倾向于受到运动器官的对称性所提供的优势的控制：不对称的发展也许导致介质中的螺旋状方式的运动。同时，双边对称性提供头颅形成的有利条件，以致可以预期它能够描绘出一种对生命世界而言最完整发达的形态设计。根据形态样式的对称性，综观进化过程，在组织程度与对称形式的复杂性之间似乎存在着明确的关联。韦耳在论证中用以下事实阐明了这种关联：维持复杂的组织需要能动性，而能动性又需要复杂的对称性来获取效率和控制。
　　假如各种严格的对称性秩序存在于有机体的形态中，那么同样值得注意的种类秩序就一定表征了有机体的功能。（我重复一遍，“形态”〔结构〕和“功能”〔过程〕，这些概念是对相对缓慢、但单独看又很快的变化的时空模型的表达。）事实上，实在的生长和发育过程佐证了各种各样的对称性。和对称性的组分结合在一起而逐渐生长的例证有叶子的螺旋形排列、树的生长年轮的同心圆或圆锥形的增大、蜗牛外壳的螺旋形状、向日葵的盘旋状及牵牛花的螺旋状的爬行动作等。这些比较“缓慢的波”的模型是对有机体明显活动中更为快速的形式的表达方式。后者的例证充斥着生物学和生物物理学教科书。我们并不打算重新考察它们，而仅仅是注意（同辛诺持一起）：所有生命有机体，不论是植物还是动物，它们多种实际的、显露出来的并为物种所具有的典型形状之功能似乎是经过精心安排的。最终形状在每一细胞和种子中被译为密码；它们能够控制许多细胞的分裂，由此，发育中的有机体以极高的精确性成长到该物种的典型形态。用辛诺特的话说，自我维持和发展的多种功能构成了“一个有机的自我调节系统，它被恰当地命名为‘有机体’”。
　　Rii＝f（β）（生物控制论Ⅰ）

　　“生物控制论”的定义

　　现在我们已经提出关于有机体的自调节问题，目前我们理论的有关命题是，自然系统（因此也包括有机体）通过稳态附近的一系列自稳作用而适应其环境。因此，可以把生物的自我调节现象看作是通过对有机体稳态的维持而适应环境的一个例证。
　　我将主张把有机体作为在其环境中自稳定的开放控制系统来看待，这样就形成一个一致的观点，由此观点出发来考察有机物与无机物的自然组织方式。值得注意的是，与这一前提相反，直至1955年辛诺特还感到对有机体的自调节的考察本质上暗示着自然界有一种根本的二元性。他设想生命物质是有组织的自调节系统这一事实表明了“生命科学的基础与物理科学的基础是有区别的”（重点是我加的）。在冯·贝塔朗菲认为只有有机体的开放性才是它们的根本特性时，这一区别甚至又重新出现在他的论证中（贝塔朗菲一定不会希望受到二元论自然观的束缚）。但这里所采用的理论消除了这种二元论，仅保留基本同型的系统之间的具体差异。差异的产生归因于自然界等级体系上层的高度组织性：从热力学角度看，系统变得越来越不可能，并且越来越依赖于受到严格控制的与环境的关系。处于十分易变的稳态中的自我维持复杂系统为了从环境中输入自由能这一目的，需要系统边界的永恒开放。这决定了新陈代谢的一般机制——分解并同化负熵的输入品以及排泄熵废料的输出品。因此，由于有机体对控制稳定作用的需求，我们把有机体看作是连续开放的系统；而不是由于它们的连续开放性把它们看作是高度组织化的系统。
　　自然系统开放的程度和持久性是在热力学非平衡中通过自调节使稳态得以维持的结果。由于控制论的自调节是一个普遍的系统特征，所以，这一概念框架通过生物控制论与其他（物理的、社会的）系统中控制过程的同型性显示了自然界的一致性。
　　大多数有机体的稳定状态并不是完全静止不动的：它们的参量不完全与时间无关。在时间函数中，生物系统采用新的稳定状态。时间界限的变化就是区别胚胎、幼年、成年、老年有机体正常状态的那些变化。在其生命的每一时期有机体保持着合适的稳定状态。因为这些状态自身随时间变化，所以它们只是准静止的。它们借助各种过程维持这种状态，在这些过程中有一些属于“内环境稳定”（“homeostasis”）过程，另外一些则属于“学习”过程。二者之间的主要区别在于，内环境稳定通过行为的遗传程序维持现存的生物结构，而学习却是依靠基于个体经验的进化的行为模式维持生物的结构。因此，我们在这里把这两类过程归类于“生物控制论Ⅰ”这个总标题下，并将依次对之进行探讨。

　　有机体：适应性自稳

　　（Ⅰ）各种内环境稳定
　　有机体生活在一个隐藏着敌意的环境中，它必须提防可能使其微妙平衡的组分遭到破坏的那些输入。超量的输入，即便是必需的能量和刺激，都可能是有害的，并且对有机体来说，首要的生存任务就是减少和避免偏离它们与环境相互作用所要求的标准。高度适应新环境的细胞和细胞器可能服从温度、pH值、氧饱和度和其它参量的微小变化。有机体的自调节——凭借它，通过适应性地抵消潜在的有害外界能量和刺激，有机体维持着它们必需的恒定性——用坎农最早提出的术语内环境稳定来表示。
　　内环境稳定自调节可以作为控制过程来理解，这一过程包含了处于不断发展的与外界环境相互交流关系中的有机体。有关约束的特定分布的参数在有机体的控制中心译成密码，这些约束总起来就意味着有机体的正常状态（其合适的准静止稳态）。在进化程度较高的物种中，控制中心的功能在自主神经系统中得到体现。有机体为了维持自身处在这些状态及其附近就需要自调节，所以有机体的自调节是以针对环境的积极行为为先决条件的，而积极行为又需要自主的动力来支撑。后者靠躯体的新陈代谢来提供，因为躯体能够吸收并分解物质，而且为了自调节目的还能利用释放出的能量。相关的环境状态信号必须到达有机体的控制中心，因为正是根据这些环境状态来调节它自己才使得有机体能够达到并维持其准静止稳态。提供信息的功能是由感官感受器来完成的。有机体控制着一个内在能源，所以它不需要通过感受器所产生的信号为自我调节提供能量。一个低能级的外部信号能够被有机体转换为一个高能反应。这代表了一种“信息的或感觉器官的耦合（“informative or sense-organ coupling”），在人工伺服机构中它也能实现。由于反应不是由信息所携带的能量决定的，而是由信号与系统内“密码”（规范）的一致性决定的，所以微弱的信号能够与较强的反应相耦合。一个雷达信号能够与操作机械装置的重型马达相耦合；眼睛内视觉神经的一个低能级刺激能够与紧张的肌肉和神经活动相耦合。在每一种情况下，正是输入与系统密码的联系决定着所产生的输出种类，而且通过将输入的相应变化与能源相结合，输出可被放大。内环境稳定如同伺服机一样对输出加以选择，以便把来自系统组织要求的输入偏差降到最小。这就是减少偏差的负质馈过程，它靠密码（“程序”）来控制，并把输入与组织之间的特定匹配作为它们的目标。匹配是由有机体对其刺激所作出的合适的行为反应达到的。饿时要吃，渴时要喝，交配，睡觉等等都是减少偏差的负反馈过程，其目标直接指向信号（输入）与保持有机体正常状态的密码（按遗传程序的准静止稳态）的匹配。
　　除了直接作用于环境的行为反应外，有些内环境稳定的反应通过对有机体状态的部分和暂时的调整来补偿环境状况的变化。这些都是内环境稳定的经典例子。（图6）例如，如果有机体发现自己位于高海拔处，它的反应也许不是下降到较低的地方（这可能行不通），而是通过刺激红血球制造系统以增加红血球的供应来补偿肺中空气的含氧量的减少。当空气中含氧量正常（也许是通过一个新近的行为反应把有机体带回到通常的居住地）时，红血球就会减少。当环境条件干燥时，情况与此类似。当有机体的水分摄入减少时，垂体后叶激素就被分泌出来，它有抗利尿的作用，并且能通过肾脏控制水份的排出。当水的供应充足时，垂体后叶激素的分泌就被抑制，通过肾脏的排出也加快了。如果几种物质（如蛋白质、脂肪、钙等等）中有某种没有通过正常渠道给予供应，那么体内贮存的这种物质就要释放出来。如果皮肤温度下降，那么较高速率的心跳会通过增加血糖和交感肾上腺的活动产生身体热量；自动的肌肉活动，如发抖，也会产生相同的效果。如果皮肤温度上升，那么就要出汗，而汗的蒸发会降低体温。借助于这样的刺激-反应模式，有机体维持了内环境的基本恒定。对人类而言，这些包括血压、血液的含氧量（坎农列举了不少于十四种单独指向这个目的的内环境稳定过程）、水含量（水含量与三天之内水的实际摄入量和排出量无关）以及糖、盐、蛋白质、脂肪的供应等等。在内环境稳定中，负反馈激活了反应模式，使得有机体感觉到的输入与其组织需要之间只有最小的误差幅度。
　　内环境稳定偏差尚能还原的输入的临界值是值得重视的，特别是在拥有发达神经系统的有机体中尤其如此。例如，在界限以内出现这样的输入：一个尖锐的物体深深地穿入有机体的某一部位。如果受伤部分不是致命的器官（例如心脏或大脑），那么自稳定的临界值就未被逾越。在这种情况下，内环境稳定包括治愈过程，或许还包括更新过程。复杂的反应与输入相耦合，例如：某人的手瞬间离开灼热的表面。进一步的信号使得接近伤口处的细胞活跃起来，通过分裂产生数量充足的细胞，而且这些细胞能借助于目前仍未完全理解的过程流向受伤的部位而提供一个表面覆盖层，这一覆盖层比最终需要的要厚。当表面已经形成的时候，随着细胞退至正常密度，这一厚层就渐渐变薄。至此，治愈周期就完成了。
　　通过非局部性的一般适应过程，由环境所产生的极度紧张也可以被减轻到与有机体的需求相一致的程度。这种情况下的扰动输入称作为“加压者”，而内环境稳定对它的反应是“由特殊的症候群所表明的状态，这种症候群是由生物系统内所有的非特殊诱导变比组成的”。在“普遍适应症候群”中可以区分出两种类型的反应：主要变化，它在形式上及因果关系上都不是特殊的；次要变化，它表明普遍适应症候群的特殊模式。第一种变化引起第二种变化。后者是由三阶段组成的：“警告反应”，“抵抗阶段”，“消耗阶段”。事实上，有机体的每一器官和比学成分都参与这三个阶段的紧张反应。该过程发生在出现“加压者”的情况下，“加压者”相当于种种扰动输入；这种反应是通过感觉和响应使有机体适应加压者的三个阶段反馈过程。例如，如果把身体暴露在严寒（加压者）中，那么肾上腺的皮质首先排出可利用的油脂颗粒，它含有表皮激素（警告反应）；然后，体内充满了数量极大的油脂微粒（抵抗阶段）。不过，如果身体继续暴露在严寒中，那么油脂微粒最终就会消失（消耗阶段）。
　　压力症候群描绘了一个受时间制约的内环境稳定过程，它减少了特定的输入（加压者）与有机体适当的准静止稳态之间的误差幅度。借助于有机过程的部分重组，它完成了一种匹配并可保持有限的一段时间。此后，加压者被证明是超过了有机体自稳的内环境稳定的临界值范围。
　　也许内环境稳定形式的最值得注意之处就在于：整个有机体都是由它的一些适应新环境的细胞重新构成的，而且母体有机体的残余部分最终将腐烂（“死亡”）。个体的大量死亡是复杂物种为适应性而付出的代价。然而，繁殖只不过是内环境稳定的一种特殊表现形式。一个物种的现存组织依靠错综复杂的程序过程（包括个体的周期退化和周期更新在内）能够维持其个体成员所不能达到的一段时间。衰老和死亡同出生和生长相抵消，物种维持着表示其基因类型的组织。基因所携带的信息严格控制着这些过程，而环境仅仅决定着这些过程的实现。基因携带着全部“指令”以便用适应新环境和新功能的生殖细胞重建成成熟的有机体；于是，在为种系发生的重组提供工具的同时，生长过程在性质上基本上就是内环境稳定。为了通过旧结构的重新组合产生新结构，就必须生产信息，然后加以利用。如果旧结构包含了必要的信息，那么新结构就表现为对旧结构固有程序的实施，但如果以为所出现的结构意味着重组，我们就错了。从如此形成的特殊系统的立场上看，出现的结构也许是新的；但是根据母体系统的密码指令而产生的组织类型并不是新的。因此，生长虽然是发展适应性的一种机制（因为遗传指令的实施是由环境的特性所决定的），但生长本身是一个保守的（稳定的）过程而不是一个创新的（重组的）过程。
　　利用沃丁顿的概念，我们可以把生长和发育分类为同流（［homeorhesis］源于希腊语水流、流动之意）。在同流过程中，不变的不是一个静止状态而是一个流动过程（a flow－process）。例如，倘若扰动引起同流过程偏离其正常路线，那么它的负区馈控制机制并不是使它恢复到受扰动时它所在的位置，而是使它恢复到如未受扰动它应该发展到的位置。这种流动过程遵循着相对确定的轨线，沃丁顿称该轨线为必然路线（［chreods］chre，指注定的或也、然的，Hodos，指路线）。生长中的许多错综复杂的过程，从受孕和胚胎形成，经过出生和成熟，描绘了程度不同地顺着确定的必然路线前进的同流过程。这种必然路线借助于遗传结构编入生物系统，并且在实现过程中由系统所处的环境决定。因此，表现型是通过基因所携带的密码的相互作用以及它自身所遇到的相关条件从基因型基础上建立起来的。例如，自然选择作用于表现型，而选择的却是基因型（正因为如此，基因型才被一代一代地遗传下来）。
　　当我们把同流发育过程置入有机体存在功能的范围内时，它们就表现为有机体内环境稳定的特殊情况。如果一个复杂和生来受时间限制的系统的自我维持包含了退化和更新的交替循环，那么结构的更新过程一定受到系统的控制，而且这些控制在性质上一定是同流的，即，它们必须把过程恢复到其正常的发展模式（而不是恢复到受扰动时表示过程特征的标准）而使扰动减少。原先稳态的重新建立会抑制更新，并打乱生殖循环的所有内环境稳定。所以，发育系统内的动态多变量调节的复杂过程必须按照功能观点看作是内环境稳定系统现象。在那种情况下，如果不能清楚地了解其详细机制的话，那么至少可以清楚地了解其机能。
　　（Ⅱ）各种学习
　　我们区分了自稳的生物控制论Ⅰ的（1）遗传程序过程，和（2）从经验上学到的过程。后者可以归入学习这个一般概念中。
　　传统上的“学习”是指，人们懂得所获得的“事实”、看法和信念并能对其进行回忆，以及相互关联的反应方式。今天，“学习”的含义已经扩展并被置入整体论的有机范围。例如，克劳斯在最近的一篇文章中将学习定义为极其普遍的过程，这一过程影响着人存在的各个方面：学问、智力、兴趣、观点、情感反应、社会的和观念的调整、思维方式和行为方式。在各种学习中共同的要素是，学习是由某种形式的能动性支撑的，以这种能动性有机体追寻着有意识或无意识的目标，进而达到摆脱一种处境或一个问题的目的。照这样看来，有机体的处境确被改变了。因此，学习就是“对行为的修正，这一修正是通过对环境关系对个体提出的问题的‘解决’来完成的”。
　　学习过程已经用人工模型容易地研究过了，尽管按一定尺度简单化了，但人工模型显示了动物和人类的更为复杂的学习特性的操作类型。从控制论的观点来看，学习就是通过把系统的状况告知以后的系统从而改变编入系统中的程序（或规范）。“学习机”内这样的改变允许系统通过适当地重新排列其密码而适应这些环境状况。学习机与普通的非学习机不同之处在于它们具有维纳所说的“灵活的”（与“死板的”相对而言）性格：它们“向经验学习”而不连续不断地犯同样的错误。当然在这里，“错误”指一种相互作用，这种相互作用不能完成编码于系统中的操作，它归因于对实际环境状况的不适应性。灵活的编码（即“动态的程序”）允许系统重新组织其程序以适应通过感受器反馈的信息。因此，即使处于变化的周围环境中（这些环境使得非学习机无效），学习机也能实现预期的操作。
　　从“死板”到“灵活”的程序范围可以用人们熟悉的例子给予说明。下列各等级可以区别开来：
　　（1）单值固定程序。例如保持一定温度的冰箱或空调设备。
　　（2）定值固定时间曲线。例如适合于化学制品、织物等等的逐渐加热或冷却系统。
　　（3）系列值（以一定的顺序）固定时间曲线。例如具有洗、漂以及甩干循环组成的程序（以一定顺序）的自动洗衣机。
　　（4）具有由信息反馈决定的短暂顺序的程序。例如依照过程中的每一步顺序协调生产过程各阶段的工业控制线路。
　　（5）带有由信息反馈决定选择的备用于程序的程序。例如具有“管理”能力的工业控制线路，也就是具有中止程序能力，或者具有在紧急情况下改变程序的能力，或者具有依据工厂中现实情况使过程加快的能力的工业控制线路。
　　（6）最优化的动态程序。这种动态程序具有按照信息反馈所提出的需要重新编排程序的能力。例如按照步骤上的成功与否修正自己策略的博弈机。
　　以上列举的这六个等级把我们从一个具有完全死板特性的系统（例如一台预先装配好的空调机）带到一个具有完全灵活特性的系统（例如一台自我改善的博弈机）。每一系统都能完成基本程序中给定的一套操作。不过在变化的环境中，系统越是灵活，它就越能在较大的范围内成功地完成任务。程序（1）到（3）是无反馈系统，不能补偿其外界（“操作领域”）的变化。程序（4）和（5）是负反馈系统，在变化的环境中，它能够借助于改变子程序而维持特定的程序。在程序（6）中还加上了正反馈，在超出最初程序的可行性（即效能）的限度时，它能够发展为新程序以完成操作。这样的系统包含了一个高水平的决策者或程序选择器，它不仅能够识别最适合的现有程序，而且为了迎接环境变化的挑战而在系统的“自由度”内还能写出新程序。学习，就具有这种程序（6），人们常在高等生物中发现它的踪迹。在这方面，人类比其它任何物种更为杰出；事实上也许可以这样说，正是这种学习能力才使得人类与其它物种区别开来，而且保证了人类对其它生物的控制与支配。近年来，已经研制出了具有类似（尽管很简单）能力的人造系统，而且正是因为机器可能进化出更强的学习能力才助长了那些作家的想象力，他们预言了一个机器时代，在这个时代，机器人最终使它们的创造者沦为奴隶。
　　学习，即使在能够写出新程序的高级形式中也不是必然要有一个通常称作“有意识”的过程，也就是说，它不是以人们精神活动的高级意识为先决条件的。（但另一方面，由于在形成新程序以改进那些子程序之前系统必须收到各种子程序获得成功的信息，所以它又是以某种程度的自我意识为先决条件的。）有时候，学习也许是一个与“心理”过程相对的“生理”过程：即使没有意识到所发生的情况，身体也能完成这一过程。这种情况属于有机体学习等级的较低层次，而且这种情况——当然同较高级的学习种类一起——也存在于人类中。现在发现的“生物反馈学习”的实际情况提供了这种生理学习最引人注目的例证：“生物反馈学习”就是对某些内环境稳定标准进行适应性的程序重编。心跳、肾功能、血压、血流量、肠挛缩和胃挛缩、甚至胞波可能都服从于有机体从整体上对其环境的适应性反应功能的调节。洛克菲勒大学的N．米勒已经率先完成了关于这方面的实验，并且利用了正增强原理和负增强原理。最初，用老鼠做实验，“为了快乐”而给它的大脑“装上电线”（也就是把电极嵌入大脑“愉快区”附近的神经未销中），然后逐渐过渡到用人来做实验，即把人也诱入一个产生奖赏的网络中（网络告诉他们何时已经达到了目的）。米勒和地在康奈尔大学与哈佛大学的同事们已经表明，有机体能够重组其遗传编码的内环境稳定标准作为优化奖赏频率的手段。虽然不清楚通过什么样的过程，但老鼠及人的受实验者可以放慢和加速它（他）们的心跳速率，可以降低和升高它（他）们的血压，可以减少和增加它（他）们的胃壁内的血流量。低级的学习是在复杂的热血生物体中的生物控制论Ⅰ的一个新的和引人注目的例证。当环境变得有利于生物体稳定状态中的某些种类的变化时，就逐渐产生这些情况：生物体由此把有益的（匹配的）输入增加到最大限度而避免有害的（不匹配的）输入。
　　对于人类而言，生物反馈学习是最近发现的一种无意识的学习形式，但是与此相类似的东西已经以多种形式存在于各种有机体之中。学习，正像生理学家和心理学家现在所主张的，同生命本身一样古老，它是自调节系统对环境媒介中的变化的适应。随着有机体数目的增加（因为种和属的繁殖），生存条件更为多变，其风险也更大，有机体的遗传结构日益变得不足以保证其生存。这时，学习就是必需的了。它采用适应性反应的形式，这种反应引起遗传行为模式的调整以便适应现存的外界环境。用索普的话来讲，学习代表着“这样的过程，对多少有点固定不变的自主动作或行为模式进行调整，并且对多少有点死板僵硬的放松机制进行调整，以适应世界上的变化和生存机会”。它基于一个巨大的预先编制好的程序网络之上，在自主神经系统和其感觉运动神经反射弧中使多种多样的反射模式活跃起来。但是，学习意味着将经验习得模式建构在遗传密码模式之上。生物的学习范围从神经系统相对原始的有机体，只能对直觉模式进行较小的调整，一直延伸到具有高度发达的神经系统的有机体，采用理性和审美的顿悟形式进行的学习。索普把种种学习分为五类，正如我们将要看到的那样，它们复盖了从原始有机体到人类的整个范围。
　　索普所区分的第一种学习过程是习惯形成（habituation）：它是这样的一个过程，在变化了的环境中认遗传模式产生行为方式，变化了的环境使得遗传模式成为多余的或不相干的。例如，假如反复的噪声对鸟无害的话，它们就会习惯这些噪声，并且不再飞离。通过习惯形成，有机体保持行为成为经济的和高效的；由此有效地改掉多余的模式。
　　第二，条件作用：对环境的某一相关特征所建立的行为反应，它是通过对一先于该特征的另一特征的反应而建立的。可以区分两种类型的条件作用：一类可能存在于亚脑皮层，它是为使先天释放机制活跃起来而通过用某个信号刺激来代替另一个信号刺激来实现的；另一类不可能存在于亚脑皮层，它是靠导致合适的释放体的一系列特殊行为的建立而实现的（“仪器条件作用”）。
　　第三，试错学习：它包括问题的出现（在食欲行为方面尤为典型，通过改变在此环境下能够完成完善行为的外界状况而使问题出现），“假设”的建立和反复试验的证实活动。布鲁纳和波斯特曼认为，所有的认知过程都包含这样的“假设”（期望），“假设”是有机体在其行为活动过程中建立起来的。在较低级的生物种类中不是有意识地接受假设（也并不总是在人类中），不过，假设是以有机体的接受能力为条件的，而且需要进一步的探索活动以证实它们如果“来自于环境的信息输入”与“假设”相匹配，那么就证实了后者；如果二者不相匹配，那么就要修正假设，产生“合乎逻辑的假设”。根据过去对假设的证实程度，相互竞争的不同假设的限度，假设与满足生物体需求是否直接相关，以及如果详述的话，它们与其它人的假设的一致性程度，假设也有强、弱之分。总之，由证实了的假设导致的行为模式体现出有机体对新的（或者只不过是新近发现的）外界环境状况的适应性。
　　第四，潜在的学习（latent learning）：典型的试错学习，但没有直接的问题作为阻碍通向完善行为的动因。相反，这是一种不需要证据支持的探索活动。许多动物部沉迷于这样的探索中（黄蜂与蜜蜂沉迷于学习其环境的地形，老鼠沉迷于箱子中无食物的迷宫，猴子沉迷于并不指望得到食物的活动中，最后，人沉迷于并不指望得到任何奖赏的活动中），而且它们都显示出通过这样的探索已经学到了东西的迹象，因为它们在重复活动中的表现优于最初的表现。索普认为这类学习包含“顿悟”（“insight”），他把“顿悟”定义为对联系的理解。他接着说道：“那里暗含着所熟悉事物的高度组织化的背景，在这种背景衬托之下，某个需要研究考察的新事物被突出出来。待研究完成以后，这个新的对象对知觉世界来说就是‘固有的’了，像其它事物一洋，现在人们对它已经熟悉，再通过‘转移训练’，今后可能会被忽视。或者在不同的场合以后可能会被利用”。
　　第五，直接的“顿悟学习”（“insight-learning）；一种在试验性行为中未达到的新的适应性反应突然地产生了；通过对经验的突然的适应性重组解决了问题。”有关这方面的例子，从昆虫到人类，涉及很广：蜜蜂在定向和定位方面表现出了这一点；蚂蚁通过设法绕过其道路上的新障碍物表现出了这一点；鸟在工具的利用能力以及前语言的（pre-linguistic）计数能力方面展示了这一点；老鼠在穿越原先被阻挡的道路从而在迷宫中找到捷径的方面显示了这一点；而哺乳动物，从较高等的类人猿到人类，提供了无法计数的，对每个人都熟悉的实例。所有这些学习过程都表明了从顿悟中获得收益的迹象；考虑到与有机体环境需求的联系，这些学习过程也都表明了对环境中对象之间联系的理解日益增强的迹象。用索普的话来说：“从整体上看，最近几年的研究已经证实……在某种程度上，所有学习都是与顿悟基本上相同的过程的表现形式”。适应性导致学习，而学习导致对联系之网的某种顿悟，在联系之网中，有机体发现了自我。顿悟，若要充分明确表示它含义的话，成了经验认识的基础。
　　完善适应性之链通过感觉过程将先天释放机制、动机明确的行为和学习导向智力。皮亚杰强调，智力并不就是人脑的一个独立的、唯一的功能，而是生物对环境的适应和生物在环境中的行为的继续。根据皮亚杰的观点，智力不与本能相分离，也不与试错学习相抵触：它是“精神适应的最高度发达的形式，也就是说，当主体与宇宙之间相互作用的范围超出了直接的联系和暂时性的联系时，就这种相互作用而言，智力是必不可少的工具”。
　　皮亚杰从基本感觉过程和基本行为过程研究了儿童逐渐显现的智力，从而说明了人类智力的发展。在婴儿的成长过程中，新的因素被吸收到先天的反射行为图式中，而且凭借这种手段，逐渐形成高级秩序图式。靠彼此的联系，这些图式逐渐形成了行为的广泛适应模式。（例如，先天的吮吸机制被完善化，而且适应于不同的对象；这些都和身体的运动相互关联，身体运动导致对变化的环境状况更令人满意的反应的操纵和提供。）当儿童将知觉与行为协调起来并按照所期望的结果重复身体的运动时，智力便显示出来。成长的各个阶段都包含着知觉器官随客观对象的不同而进行的调节，也包括在运动、前景和背景（fore－and－background）图式下为区分它们而进行的学习。于是，在对先天激发因素与外界环境状况之间的联系的理解过程中，依靠知觉的定型化发展，通过组编“次级图式”，关于形状和大小的意识便发展了起来。通过不断的试错学习，更深层次的图式便被同化，并已，稳定的时空世界逐渐形成为一种自我在其中逐渐独立的环境。
　　在这种从感官运动神经对知觉刺激的基本反应出发对智力的发展作出的说明中，试错学习扮演了主角，包括问题、假设和检验诸因素。（甚至婴儿的吮吸这一最基本的学习过程也是由一个问题引起的，这个问题是由于在婴儿赖以获得营养的整体环境的结构中缺少某种元素所形成的。）就完善的行为之刺激因素而言，某种基本假设看来是有效的，并且在最初的试错活动中，就能对它检验。根据皮亚杰的看法，试错学习的成功是由主体对要求完善的系统的元素间复杂联系的意识来衡量的。所以，成功是顿悟的一个要素：它导致有机体与环境相互关联的有关因素的了解。它是欲求行为的结果，这种欲求行为是由内在激发因素所促成的，并且通过完善的行为在环境中追求满足。
　　智力可以定义为对与有机体同其环境协调一致有关的联系之顿悟，或领悟。皮亚杰的结论支持了这一定义：“事实上，生物与环境之间的每一个联系都有这种特殊的性质：前者并非被动地服从后者，而是通过把它自己的某种结构强加于后者从而改变后者……。精神的同化作用就是……把客观对象改编进行为模式，这些模式正是具有主动再现能力的全部行为，而不是别的”。因此，通过知觉与行为，客观对象就被编入行为模式，而且，对象（环境的特性）与有机体的联系就成为可解释的。正像索普一再强调的那样，顿悟就是对联系的理解，这里所包含的联系就是那些与理性有机体和其环境的一致性有关的联系。
　　目前的研究已经被证明有能力解释对数理逻辑运算的掌握，同样有能力解释欲望－动机念头及其行为过程。比勒（Buhler）、珍妮特（Janet）、雷伊（Rey）和皮亚杰已经搜集了丰富多样的实例，这些例子说明了图式是如何被同化的，通过对察觉到的系统的整合性、可逆性、联合性、同一性和重复性的意识，使得这些系统的完美化成为可能。在儿童时期，这些“分类”是从感官运动神经和知觉过程发展起来的，它通过知觉思维中的想像力向前发展，直到需要在整体图式中把分类结合起来的具体行动。结果，发展中的顿悟把借助特定的联系所表明的种种行为强加于先天反应模式，这些特定联系不仅牵制着在联系之间观察到的客观对象，而且约束主体。于是，顿悟通过借助于问题、假设和检验的试错学习有助于最终完善欲求行为，通过不同程度的直接性导致完善的行为（即系列行为）。当然，这在由感官的需要直接激发的行为中要比在导致对联系自身图式的知觉理解的复杂思维过程中更为明显。（事实上，没意思的思维过程可以存在，而且的确存在，这种思维过程为了它们自己的目的也要利用在有机体的自我维持功能中本来就有的顿悟和理性。）智力——从我们人类来判断——已逐渐明确化，并且，（从包含在体力及肉体技能中的基本感官运动神经的顿悟，经过在机械性和技术性推理中出现的使用符号代表的顿悟，达到抽象推理，）以连续不断的精致方式逐渐发展，果真是这样的话，在相当大程度上智力有助于有机体的生存需要。
　　不管学习过程怎样千差万别，从本能行为模式中的较小例证，直到人类智力中深刻的理性顿悟和艺术顿悟的例证，在这连续的一系列阶段中，学习过程仍居于首位。认为智力“只不过是”通过重组先天行为模式经验地适应环境的极为高级的形式并由此进行推论，这也许会导致遗传谬误（genetic fallacy）。但是，如果不注意下述明显事实也是同样荒谬的：所有形形色色的学习都是作为有机体对其环境逐渐适应的形式发展起来的。这里的适应并不意味着被动地适应，即一种主体对环境的制约适应；相反地，在学习中以及在生物学中，适应是一个主动过程，它通过适当地改变内源主动模式而对环境的挑战作出创造性的反应。它既包含着“适应”，又包含着“同化”。“任何生物学上的适应都暗含着两个极点。……一方面，它是一种‘适应’，即（按定义）在外部因素影响下对有机体结构的一种暂时的或持续的改变。但是另一方面，［……〕任何适应，即使是瞬息间的，都暗含着一个互补极，它可以被称为——用非常普通的术语说——‘同化’极，并且它担负着把外部因素综合到有机体的结构中去的任务；这必定暗含着一种早期结构与晚期结构之间的连续性。这就是为什么任何归因于有机体的反应或响应与任何归因于来自刺激（即环境）的压力的反应或响应一样都是对有机体连续组织结构化的表达方式”。皮亚杰补充说，不管有机体的发展还是认识的发展，适应和同化这两极都存在于各个层次的发展中，并且得出结论：“知识是生物适应性的一种特例，这正是按照这个词的最精确的意义来说的”。
　　这样一来，学习就从生物适应的范围扩展到了有意识的认知领域。但是，学习不是物种进化的适应，因为有机体在其一生中所获得的知识——不论被证明是多么地有价值——不能传递给后续的各代。这里所讨论的种种学习都是对有机体的基本功能——心理的和行为的——的参数进行的暂时性重组。就新模式而言，只要存在着确定的增强过程，借助于学习所获得的重组通常就会延续下去。由于不可遗传，变异不会影响基因型，而且当站在物种的立场上观察时，后者一般属于保守领域，而不属于创新领域。
　　奥巴林说：“发生于原生质中数万、数十万的比学反应不仅彼此紧紧地及时协调起来，和谐地组成单个系列过程，不断地重现它们自己，而且整个系列都指向单一目标，指向与环境介质状况一致的生命系统（作为一个整体）连续不断地自我保护和自我繁殖”。这段话刻画了生物控制论Ⅰ的所有内环境稳定的特性。他的话重申了以下论点：有机体作为一个有序的整体适应性地维特自己处于与其发展层次相称的状态，它不仅通过有目的的行为反应，而且通过对其结构参数和行为参数进行有限度的暂时重组，以补偿持续不断的扰动，从而相对于这种环境的扰动而作出修正。
　　Rii＝f（γ）（生物控制论Ⅱ）
　　有机体：适应性自组
　　内环境稳定表明有机体依靠负反馈的自调节而适应环境，这种情况由遗传密码所控制，代代相传下去。这些密码代表了有机体的规范和其固定的内部强制约束所决定的参数。学习，通过新的和灵活的行为模式，能够引起密码的暂时重组；不过，这种重组是不可遗传的。它们代表着只要成功就能延续下去的新的操作程序，而且具有维护其周围现存的有机结构的功能。以机器类比，它们是“最佳化动态程序”的例证。这种“程序”含有已写的程序和改写的程序，使得机器能够有效地发挥作用。然而，对于种系发生，我们碰到了一个不同的生物控制论过程。这时，重组在适应环境的同时，不仅仅影响着程序，而且影响着系统的实在结构。一个充分自组的机器会使自己进化，而不只是使其程序进化：通过逐步修改其本身基本的组织原则，它会创造出一个新的、适应性更好的机器。这样的机器目前尚属理论，还不是现实。但是，生物系统却都是这种机器。生物系统重组自己的基本结构所经历的过程就称为进化。它是由经受自然选择检验的生物突变所组成的，它不仅在有机体的行为模式（和“顿悟”）中完成变革，而且在其基因中完成变革。
　　进化过程如同学习过程一样，是正反馈的偏差放大过程，在适应外界环境状况的需求时被激活。具有发达神经系统的有机体的短期适应产生学习现象；就具有足够丰富的遗传信息库的所有种系来说，长期的适应导致种系进化。马鲁耶马列举了发生于种系进化中不少于四种的偏差放大的正反馈过程。第一，在生物突变与环境之间存在着正反馈过程。不管是偶然的还是设计好的，一定类型的环境选择会有利于某些类型的突变体。而这些突变体又有利于环境的某些特征，这些特征决定着新突变体的生存力。这样，一种循环作用就发生了，它扩大了最初的偏差。第二，存在着种间的偏差扩大。某种突变体提高了的保护能力要求提高捕猎者的察觉能力和追捕技术。而这样又使突变体具有更强的保护能力，如此等等。处于食物链中的各种物种的能力相互增强，而且会一代一代地增强下去。第三，种内选择可以使偏差扩大。某些个体也许喜欢特定种类的刺激，导致了选择特定种类的配偶和协作者。通过对这些刺激产生更多的反应，种内的成员就能够扩大最初的偏差，这种情况可以在为了交配和协作而入选的偏差型个体中找到，并且还会产生更多的具有如此特性的后代。这样的选择也许是天生具备的，也许是在驯化条件下形成的。（在生物学中，马鲁耶马举出了当代美国文化偏爱具有不正常的长而细的双腿之女性作为后者的例证。）最后，近亲繁殖也能使偏差扩大，因为近亲繁殖的种群的特征在后来的各代中能被放大。倘若家族不进行异族通婚，那么每个家族都会发展成为一个独立的种族，从而扩大其差别性特征。另一方面，杂交繁殖在消除特定特征的压倒趋势中具有稳定的作用。
　　人们很容易地注意到，所有这样的正反馈偏差放大互为因果关系的过程都涉及到个体群，而且也很容易地注意到，因果关系的过程包括连续的世代之间，个体与环境之间，或者不同物种种群的成员之间的偏差的放大。遗传性偏差放大并不是通过特定个体发生的，也不会在特定个体内发生。任何特定个体只不过是互为因果关系过程的一部分，只不过是共同产生该放大过程的一组组分中的一个。就这点而论，个体本身并没有控制过程；虽然进化结果体现在种群的每一个体成员中，但只有种群才在进化。
　　种系进化的整个过程导致了具有更好适应性的物种的出现。从种系发生的观点看，生物物种通过产生最佳地适应外界环境条件的组织类型使它们自己适应环境。种系进化是一种朝向组织结构的有选择的进步，这个组织结构能够对付环境中所有可能类型的波动。这样的组织结构只有通过生物突变（不完全的遗传复制品）才能实现，这种生物突变要经受生存（自然选择）的检验，并伴随着这样的结果出现：适者——也就是对现有外界环境最好的适应者——生存和繁殖。这里的术语“适者”和“自然选择”具有特定的含义。“适者生存”不等于是“幸存者生存”，即一种同义反复，因为我们对“适者”的理解是，具有特定层次的适应性组织结构的有机体。事实上，正是由这种组织结构才使得“适者”趋向于比不太适应的有机体能够生存更长的时间，能够更为广泛地自我繁殖。“自然选择”不是淘汰不太适应的有机体的蛮横的外部力量，像在古典达尔文主义中所描述的那样，而是意味着一个适应性的系统－环境过程。用杜布赞斯基的话来说，它“不能比作一个筛子，但可比作控制系统中的一个调节器。生命物种的先天才能接受并积累它生活环境中的挑战的信息。进化的变化是对环境挑战作出的创造性反应”。自然选择对能够作出创造性反应的突变体的保护超过了对其它未受到同样挑战的物种的保护。因此，适应就是接受环境挑战的状态：在有机体内编制控制它必须生存在其中的外界状况的编码。
　　适应状态并不能把有机体内的能量在结构上的均衡扩大到最大限度。导向增加热力学平衡状态的适应性既不能解释有机生命从无机物中出现（后者比前者更稳定、更均衡），也不能解释已观察到的、整体上不可逆的有机体进比过程（在那里，较简单的有机体一般地比热力学上极不可能的复杂有机体更为稳定）。相反地，在现在的用法上，“适应”（而因此“适合”）意味着有机体的控制稳定性的最大限度，即其应付环境的能力。
　　尽管有极少数例外，适应性的进化包括结构复杂性的增加，这可以依据负熵或信息量来测定。在大多数情况下，进化不只是有机体形式的一种变化，而是有机体形式的一种复杂化。正如冯·贝塔朗菲指出的：“进化朝着更高级组织结构的一般发展……是一个现象学事实，也就是说，是一个关于古生物学的记录问题。这种朝着更高级组织结构的转变既不是一个对主观价值判断的表达，与生机论也没有任何关联，生机论是一种尽善尽美的驱策力或其它抽象的推测；它是关于事实的陈述，可以用解剖学、生理学、行为学、心理学等等学科的术语来详细地描述”。
　　因此，由于适应性的重组趋向于导致有机体结构的复杂化，所以它既包括典型的进化有机体的结构稳定性水平的全面降低，又包括对付环境变化和挑战的更强的有机体功能。（这种降低结构稳定性和提高控制稳定性的倾向已在图2’中作为自然系统进化的一般特征给予了说明。）结果，我们得到了较脆弱的但较有效的较小种群，它们通过高度发达的控制功能来补偿其结构固有的不稳定性。用控制论的术语来描述，进化可以被看作是生物控制论Ⅱ的一个过程，它使得在有机体的实际外界处境中对生物控制论Ⅰ过程的展开完善化。（图7）所以，人们能够坚持认为：进化包括普遍不可逆趋势，并使我们避免了目的论的谬误。
　　随机突变和随机自然选择的所谓“打字错误”理论，虽然提出了关于进化的统计理论依据和相反的“目的论”或“内部指向”的进化观点，但仍然是由于对种系适应过程的这个或那个方面的过度偏信而走到了极端。它们可以由基于下述基本公式的理论来取代：
　　外部压力→内部约束＝适应性自组
　　该公式适用于各种各样的自然系统。这是整体论的系统观点，可应用于变化环境中的适应系统种群。适应成为进化的关键功能，且没有在整体上假定该过程的随机性。比较而言，进化是系统种群和其环境相互作用的结果，由种群的适应能力来控制。随机突变的基本概念和随后发生的自然选择的基本概念都未被抛弃，而是被综合到进化系统种群的整体论范畴中。
　　的确，有充足的理由可以确信，随机突变和随之形成的自然选择的基本范畴是不可证伪的。这些达尔文主义概念也许被看作是任何关于进化的科学理论必不可少的组成部分。它们的不可证伪性应归于如下事实：每一种这样的理论都必须考虑环境对有机体生存的影响，以及不同有机体的不同生存潜能明显地起因于所继承的先天结构的变异。这样的变异不能归于环境中的原因因素，否则，就将不得不承认目的论过程：结果（突变）就会居先于原因（选择优势）。然而，有时被达尔文主义者所漠视的却是，相对于选择优势的突变的随机性对于产生更加适应的物种来说决不是一个无效的过程：随机突变补充了包含于种群中变异所需的材料，并且，即使选择进行了很长的一段时间，随机突变也将使种群不缺乏可利用的突变体。因此说，随机突变是连续变异的保障，在和自然选择、基因重组和处理环境问题能力的进化结合后，它将被证明的确是控制系统适应性进化的一个十分有效的工具。
　　由赫胥黎提出的“科学的发展模型”（1953年）现在看来似乎在种群中实现了，而没有在由休厄尔（Sewell）、莱特、沃丁顿、勒内·托姆和其他人倡导的数学理论所探索的个体中实现。在这里，有机体整个种群的适应性可以用复杂的拓扑概念来考虑，如“拟合表面”（“fitness surface”）或“外成表现”（“epigenetic landscape．）。环境（“拟合空间”）与显型的相互作用、显型与发展的“表层空间”的相互作用以及通过“表层空间”与“基因型空间”的相互作用，提供了复杂适应过程的动力学，凭借该过程，有机体的种群对其环境中变化着的外界状况作出创造性的反应，并使得在显型和行为模式中所表现出的内部约束发展起来，变得比原先的有机体形态更有能力对付相关的环境波动、关于该过程的精确数学模型仍需在细节方面作出令人满意的解释，而对详细机制的认识目前尚未解决。但是，生物进化的一般系统现象已经能够清楚地加以概念化了。它似乎是一个适应性自组过程，靠这样的自组，生物系统的种群使它们自己适应于环境，并且使环境适合于其内部约束，这样就把它们自己逐渐地组织到更复杂、更脆弱但控制性更稳定的状态上去。
　　Rii＝f（δ）（整体性）
　　有机体：系统内的等级体系
　　即使最简单形态的生命有机体也是极为复杂的。丹科夫（Dancoff）和库斯特勒通过把原子作为基本的建筑材料，考虑需要多少信息才能（1）选择组成有机体的全部原子，和（2）确定在体温下热振动所允许的精度范围内所选定的原子的位置，从而计算出有机体中信息的比特数。他们发现，大肠杆菌——一种简单但自足的有机体——大约包含了2×1011个原子，他们还发现，每个原子的选择和确定需要24．5比特。作为一个整体来看，构造细菌所需的比特总数竟达5×1012。不过，这是上限，因为它忽略了由排列成分子的原子所引起的所有约束。经过对这些约束作出修正，大肠杆菌的信息含量总计达到了1×1010比特。使用类似的方法，人类有机体的信息含量为2×1028比特。作为一个下限，一个无冗余的自足有机体能够建立在103信息比特的基础之上。不过，冗余是所有自然有机体都具有的特征。但就是这样也相当于一连串的1000个双向选择，或者说，如果该有机体作为整体从原子不同排列的可能性中挑选出来，那么一个简单的选择就有21000种可能性。在一个把组分混合起来的随机过程中作出这样一次选择的几率是10－301！
　　这就提出了如下问题：地球表面的自然条件所允许的时间跨度是否足以容许在原始化学“汤”的偶然联系基础之上进化出复杂有机体。因为获得这种复杂生物系统的几率远远超过了由天文学和地理学证据所显示的时间跨度所允许的数量级，所以在这一点上，无条件的随机混合假说陷入了困境。然而，当我们把系统作为有序整体，以补偿变化的功能适应其环境，并且认识到原子和分子都是这种系统时，我们就得到了一个更为保守的时间估计。根据西蒙的假说，系统从简单到复杂的进化所需要的时间取决于潜在中间稳定形态的数目及其分布，有机体的进化与可利用的自然时间长度相～致。尽管由于在生命形态的起源和分支中有许多未知变量，精确的时间不容易计算出来，但很明显，自然界通过利用原有的稳定系统作为建筑材料，并且在有利的条件下把它们结合为高级的稳定联系，从而能够相当迅速地构造复杂的结构。虽然倘若条件发生变化这些联系会中断，但混乱状态会中止于可抵抗扰动的下层系统层次；而且，由此可以继而形成系统间的新的联系。
　　基于这些完全实际的考虑，我们认为人们愿意仔细考察的每种有机体都将展示其结构中的等级秩序。情况的确如此。各种有机体通过将系统综合为更高级系统而被构造出来，而且，这些高级系统又综合为更高层次的系统，直到我们遇到的作为整体的有机体为止。每个下层系统都发觉较高的系统强加于其行为上的约束，结果，整个有机体的功能行为通过连续的等级组织层次支配着它的所有部分的行为。
　　有机体等级组织的一个显著特点就是在每一新的层次上都出现新的特性。只有当某一层次的特定结构构型被置于系统环境中时，这些特性方才显露出来，而这一系统环境又界定了下一层次：例如蛋白质中酶的活动不仅取决于氨基酸的顺序，而且取决于在有机体内建立的合适联系——合适支撑物（templates）的存在。格罗伯斯坦得出结论，新特性的出现与有机体等级秩序内的组合一超组合的转变有关。在较高层次的组合（或者说高级层次系统）中，组分定型的联系构成带有关系转换信息的构型，而不构成较低层次组合中的组成部分。因此，“生物系统中的等级组织……由精致而错综复杂的秩序的微妙排列刻画其特性，层次与复杂性稳定地增加，从而再生地导致了自然发生的特性”。（图8）

　　有机体：系统间的等级体系

　　自然界系统的等级体系并不中止在单个有机体的界面上：它继续深入到环境中。后者可以包括社会系统和生态系统相互贯穿的集合，在其中，下层系统都是共同行动的单个有机体。所有种类的有机体都在某种程度上将它们的生活方式与社会系统和生态系统结合在一起；它们的范围从沙漠和北极地区中的原始群落一直到人类在其中居于支配地位的复杂的社会－生态系统。正如我们将要说明的，就它们自身的条件来看，它们可以无可争辩地被看作是自然系统，这表明它们在特定组织层次上具有整体性、自调节能力和等级关系。

《系统哲学引论》
——一种当代思想的新范式

INTRODUCION TO SYSTEMS PHILOSOPHY

作者：欧文·拉兹洛(rvin Laszlo)