生物学和物理科学之间有重大的不同，这一点往往完全被忽视。大多数物理学家似乎认为物理学理所当然地是科学的模范，而且只要了解物理学就可以了解其它科学，包括生物学。在科学家之间“物理学家的傲慢”（Hull，1973）已经成为谚语。例如，物理学家 Ernest Rutherford认为生物学是“集邮”（Postage stamp collecting）。甚至素来没有物理学家一般傲气的V．WeisskoPf最近也忘乎所以地声称“科学的世界观是奠基于19世纪关于电和热的性质以及原子和分子的存在的伟大发现之上的”（1977：405），似乎达尔文、伯纳德、孟德尔以及弗洛伊德（还不算其它成百上千的生物学家）对我们的科学世界观没有作出巨大的贡献。说真的，他们所作的贡献可能比物理学家还要大。
概念的种类很多。例如生物学就认准哲学（quasi－phyilos－ophical）概念或方法论概念的完善化中得益不少；如近期原因与进化原因，比较法与实验法的明确划分。承认比较方法就在生物学中引进了一个新概念。
西方思想自柏拉图以后两千多年来一直受本质论支配。直到19世纪一种新的和不同的关于自然界的思想开始传播，即所谓的种群思想。什么是种群思想？它和本质论有什么不同？种群思想家强调生物界每一事物的独特性。对他们来说重要的是个体而不是模式。他们强调有性繁殖物种中的每个个体和一切其它个体都不相同，即使单亲生殖的个体同样也具有特异性。没有模式的或“典型的”个体，平均值只是抽象概念。过去在生物学中所指的“纲”（ classes）大多数是由独特的个体所组成的不同种群（Ghiselin，1974b；Hull，1976）。
然而有时提供反证和提供正面的证据同样困难。因此不能认为反证是获取科学可接受性（scientific acceptability）的唯一手段。正如科学史所反映的那样，一些科学学说之被否定往往并不是由于被彻底地驳倒；而是由于新的学说看来似乎更可能，更简单，或者格调更高。此外，有些被否定了的学说往往被一小批信徒紧紧抱住不放而不顾别人的有力批驳。
“生物学”这个词是在19世纪才有的。在此之前并没有这样一门科学。在培根、笛卡尔、莱布尼茨及康德的有关科学及其方法论的著述中，就只有医学（包括解剖学及生理学）、博物学和植物学（还包括其他内容），而没有提到生物学。解剖学（人体解剖）在18世纪就是医学的一个分支，植物学同样也主要是由一些对药用植物感兴趣的医生在实践中加以研究和运用的。动物的自然史当时主要作为自然神学的一部分而研究，用以对付设计论（design）提出的争议。物理科学的科学革命根本未触及生物科学。直到十九、二十世纪生物学思想才得到革新。因此，在十七、十八世纪建立的而又完全以物理科学为基础的科学哲学没有将生物学包括在内就毫不奇怪（而且在随后修订科学哲学时要再把生物科学包括进去又非常困难）。只是在近二三十年才有一些哲学家（如Scriven，Beckner，Hull，Campbell等）试图将生物学和物理科学之间的区别明确起来（Ayala 1968）。这种思想还很新频，只能作试探性的论述。以下讨论的目的只是阐述有关问题的性质，并不是作出明确的解答。
另一个困难是，同一个词在不同的科学中被用来表达不同的概念，或者甚至在同一门科学的不同学科中也有这种情况。例如18世纪的胚胎学家Bonnet或19世纪的动物学家阿伽西使用“进化”这个词其涵义就和达尔文学派大不相同；同样，这个词对人类学家（最低限度对那些直接或间接受斯宾塞影响的）和对选择论者来说涵义又有很大出入。科学史上的很多著名论战几乎完全是由对手双方采用同一个术语而表达的概念十分不同所引起。
科学有很多目的。Ayala（1968）是这样表述的：（l）科学企图把知识组织成为系统的知识，力求发现现象和过程之间的关系格式（patterns of relationship）．（2）科学力图为事态的出现提供说明。（3）科学提出的解释性假说必须是可以检验的，也就是说这些假说是可以被抛弃的。更概括地说，科学试图将自然界极其多样的现象和过程包罗在数量很少的解释性原则之中去。
在莱布尼茨关于单胞虫（monads）的学说中就有种群思想的苗头，因为他提出每个单胞虫和其它的每个单胞虫都不相同，这和本质论思想截然相反。然而德国当时是本质论的顽固堡垒，所以莱布尼茨的意见也不可能形成种群思想。种群思想最后在其它地方得到发展，”源流有二；头一个来自英国动物育种学家（Bakewall，Sebright等人），他们发现在他们的畜群中每一个个体具有不同的遗传性状，在这个基础上他们选育了下一代的种畜和母畜。另一个来源是系统学。所有从事实际工作的博物学家都发现在就一个单独的物种收集标本时，虽然收集了“一系列”标本，但从来没有两个标本是完全一样的。这种观察结果使博物学家产生了深刻印象。不仅达尔文在研究甲壳动物时强调了这一点，甚至批评达尔文的人也承认这个事实。例如 Wollaston（1860）就曾写道：“在世间的千百万人之中，我们确信无疑地认为从来没有两个人在各方面丝毫不差地完全相似；同样的道理，我们断言曾经存在过的一切生物都是如此（尽管由我们未经训练的眼睛看来它们在某些方面多么相同）也不为过”。19世纪中叶的很多分类学者也发表过类似的议论。这样的独特性不仅表现于个体；而且也表现在任何个体生活史的发育阶段上，并且还表现在个体的群集上，不论群集是属于同类群（demes）、种，还是植物和动物的群聚。考虑到在某个细胞中大量的基因时或开启，时或关闭的情形，身体中从来不会有两个细胞完全相同的论断就完全可能。生物个体的这种独特性就意味着我们在研究生物的集群时，就必须采取完全不同于我们在研究个体完全相似的无机物集群时的方法和态度。这就是种群思想的基本意义。生物个体之间的差异是真实的，而在比较个体的集群（例如物种）时可以计算出的平均值只是人为的结论。物理科学家的种类和生物学家的种群之间的根本差异产生了不同的结果。例如，若不懂得个体的独特性就无法理解自然选择的作用。
本质论者的统计与种群论者的统计截然不同。当我们测定一个物理常数，例如光的速度时，我们知道在相同的情况下它是一个常数，而且观测结果如有任何变化，那就是由于测量不准，统计只表示我们的结果的可靠程度。从 Petty和Graunt到Quete－let的早期统计学（Hilts，1973）是本质论统计学，它试图求得真值以便克服因变易而引起的混乱状况。Quetelet是数学家兼天文学家拉普拉斯的信徒，对决定论定律深感兴趣。他希望通过他的方法能够计算出“普通人”（averase man）的特征，也就是说，发现人的“本质”。变易（变化）不是别的，只是围绕平均值的“误差”。
自从柏拉图、亚里斯多德以及斯多噶学派以后，广泛流行着一种信念（但遭到伊壁鸠鲁学派反对），认为自然界及自然过程都有意向，都有预先决定的目的。十七、十八世纪中具有这种观点的人（目的论者）不仅在自然界阶梯（顶端是人类）中，而且在自然界的统一与和谐以及多种多样的适应中都觉察到某种目的（意向）的鲜明表现。目的论者的对立面是严格的机械论者，后者把宇宙看作是按照自然规律运行的某种机械装置。然而宇宙的表面目的性，个体发育中的有目的的进程，以及生物器官的适应性能等等外观上的目的性是如此明显以至机械论者也不能忽视。一种具有上述全部性能的机械装置怎么可能纯粹是自然规律的结果而不涉及最终原因？谁也没有康德那样敏锐地察觉到这种两难伪困境。整个19世纪一直到现在，支持和反对目的论的论战喧闹延绵不已。
实验与比较
假说一演绎法，就其本质来说是发现新事物的现代科学方法，虽然在建立试探性假说之前必须先有观察并提出问题。
只是在过去25年左右解决问题的端倪才明显可见。现在已弄清楚自然界中那些外观上有目的的进程和严格的物理化学解释丝毫也没有抵触。和科学历史上经常发生的那样，问题的解决是由于把一个复杂的问题分解成了它的几个组成部分而完成的。已经分析清楚（Mayr， 1974d）“目的性”这个术语过去曾用于四个不同的概念或过程。
当然，反对演绎法的人会提出这些事物本身决不会形成学说，这完全正确。只有当一个爱追根究底的人提出一个重要问题时这些事物才有意义。叔本华曾经说过，具有创造性思维的人才会“想到人从未想过的事，注视着每个人都看到了的事”。因此归根到底想象力才是科学进步的最重要前提。
在一般人的心目中发现就是科学的标志。新事实的发现一般是容易报导的，因而新闻媒介也以新发现为依据来看待科学。诺贝尔当年提出诺贝尔奖条件时，他想到的完全是按照新发现，特别是有益于人类的新发现。然而把科学仅仅看作是搜集事实则是很大的误解。在生物科学中，绝大多数的重要进展是由引入新概念或改善现存的概念而取得的；这一点可能对进化生物学校之对功能生物学来说更为真切。通过概念的改善比经由新事实的发现能更有效地推进我们对世界的了解，虽然这两者并不是互相排斥的。
假说-演绎法之所以被广泛采用是因为它具有两大优点。首先，它和当时日益增强的信念非常合拍。这信念就是：没有绝对真理以及所有的结论和学说要不断地被检验。其次，与新的相对主义（relativism）相关联，它鼓励不断地建立新学说并寻求新的实验和观察用来证实或否定新假说。它使科学具有更大的伸缩性和进取精神，并使得某些科学争论不如前此激烈，因为这些争论已不再涉及为终极真理而斗争的胜负成败问题。
（4）宇宙目的论（Cosmic teleology ）。虽然亚里斯多德是在研究个体发育的基础上提出并发展了他的目的论概念（这是完全合理的），后来他却将之运用到作为一个整体的宇宙。这是在自然选择学说提出之前两千多年的事，因而亚里斯多德在涉及到适应现象时就只能想到二者之中择其一的解释：巧合（机遇）或者具有目的。因为臼齿是平的而门牙是尖的这种情况决不可能是巧合，这种差别就只能归之于目的（性）。“大自然中有什么，发生了什么，都是有目的的”确实，宇宙间的绝大多数事物都反映了似乎有目的，因而就必然要提出终极原因。’
只是近年来才认识到将物理科学和生物科学等同起来的看法是多么幼稚和引人误解。物理学家C．F．von Weizsaecker（1971）承认传统的物理学解释和“它的抽象数学形式外衣并不能满足我们真正理解自然的需要。而且统一的世界观也不再能把各种各样的科学联合在一起…物理学家们发现了一个独立自主的生物学。”
虽然数学挟其绝对优势支配科学达数百年之久，但是几乎从一开始就有人持不同意见。Pierre Bayle（1647—1706）似乎是不承认那种把数学知识看作是用科学方法所能取得的唯一知识的看法的第一个人。例如他断言历史的必然性并不比数学的必然性低劣而只是有所不同。历史的事实，如罗马帝国曾经一度存在过这一事实和数学中的任一事实都是一样确实可信的。生物学家同样可以坚持过去曾经有恐龙和三叶虫存在，这和数学定律是同样真实的。Giambattista Vico对笛卡尔以数学-几何解释世界的观点也给予了无情的抨击。他确信、观察、分类、假说的方法不容置疑地可以提供关于物质世界的真正而又质朴的“户外”知识。
笛卡尔要求只提出像数学证明那样毫无疑问的结论和学说。虽然不断地有人反对，但是直到现在认为一位科学家对他的发现和学说必须提供绝对证明的意见仍然很普遍。这种看法不仅支配了物理科学界（在物理科学中具有数学证明性质的证明常常是可能做到的）而且也左右了生物科学，即便在生物科学中有些推论往往毫无争论余地因而可以当作是证明，例如血液循环运行或某种毛虫是特种蝴蝶的幼虫期；对地球各个角落的最详尽探察没有发现恐龙这一事实可以被认为是恐龙已经灭绝的证明。我在上面一指出了一些事实并表明符合事实的肯定性论断一般究竟能否可以作出。但是在多数情况下，或许就生物学家所作出的大多数结论来说，就不可能提供如此确凿无疑的证明（Hume，1738）。我们怎样能“证明”自然选择是支配有机体进化的定向因素？
自从远古以来人们就提出关于世界的起源、意义和目的的问题。对这些问题的试探性回答可以在表征每种文化，甚至最原始文化的神话中找到。自此以后就沿着十分不同的两个方向前进。一个方向是人们的思想观念定形于宗教之中，表现为通常以（上）天启（示）为基础的—套教条。例如西方世界在中世纪末叶就完全被对圣经教旨的坚定信仰所支配，在西方世界以外是由对超自然力量的普遍信奉所把持。
奠基于对科学结论作概率解释的科学新学说，使得把真理或证明看作是某种绝对的东西的观点站不住脚。这一点对于生物学。的某些部门较之其它部门更显得重要。每一位进化论学者在和一般外行谈论时常被问及：“进化论是不是已被证明？”或者“你怎样去证明人是由猴子变的？” 因而他就不得不首先来讨论“科学证明”的性质。
2．2科学的方法
生物科学中的一些概念
绝大多数物理科学史家在讨论实验性方法以外的方法时常表现得极其无知。摩根（Morgan，1926）在其著作中如实地描绘了实验科学家的傲慢态度。他根本否认一位化石学家的学说构思才能：“我的化石学家朋友（他所指的无疑是H．F．osborn）在放弃描述工作而企图转向现象的解释时，他的处境就比他所了解到的更危险。他没有办法去验证自己的设想…[当看到化石记录中的空档时] 我对化石学家说：因为你不知道，而且就你的情况来说也决不可能知道差异究竟是由一个变化（单一突变）还是一千个变化引起的，所以关于进化过程的遗传单位问题你就无法肯定地告诉我们任何东西。”就好象化石学家从自己所搜集的资料中无法作出有价值的推断似的，而推断则是可以通过多种办法加以验证的。认为实验工作绝不是描述性的看法也能引起误解。当实验方法的操作人员报告实验结果时就象博物学家报导观察所得时一样，都是描述性的。与实验相补充的就是观察。科学领域中很多部门的进展取决于观察，即为了回答精心提出的问题所作的观察。现代的进化生物学、行为生物学以及生态生物学都已肯定地证实这些现实性科学不是别的，主要就是描述性（叙述性）科学。事实上，许多基干实验而又没有提出恰当问题的文章（这样的文章太多太多：）和进化生物学中大多数非实验性著作比较起来其叙述性更强。
实际工作的科学家则与之不同，他永远是讲求实用的。他总是对某个学说感到心满意足直到提出了新的更好的学说为止。难于解释的因素就被看作是黑箱（黑匣子），就像达尔文对待遗传变异性的来源（这是他的自然选择学说的一个重要组成部分）那样。一个科学家过去或现在从来也不会因为自己的很多概括仅仅是概率性的而且在许多自然过程中都具有极高的随机成分而过份苦恼。承认科学学说具有很大的伸缩性，科学家就会乐于检验各种学说，将不同学说的组成要素结合起来，有时甚至还会同时考虑几个备选学说（复式工作假说，multiple working hypotheses），在寻求证据时他就可以有所选择（Chamberlin，1890）。然而也不应当有所隐讳的是，科学家的开通豁达也并不是没有限度的。当科学学说，对于流行的理智背景来说是“新奇的”或完全不同时，它们就会被忽视或被压制。我们在后面还将介绍，这种情况确实存在，例如突现论概念（Concept Of emergentism）和等级结构的层次性（levelspecific pronerties of hierarchies）就是如此。
关于归纳法和演绎法孰优孰劣的争论已持续了好几个世纪。现在已弄清楚这是一桩相对说来是风马牛不相及的争论。归纳论一（inductivism）声称一个科学家用不着事先有任何假说或事前的期望，只要通过记录，测量和描述他所遇见的事物就能作出客观不具偏见的结论。 F．培根（ 1561～1626）是归纳论的主要创导人，虽然他在自己的研究工作中从来也没有前后一贯地采用过这种方法。达尔文曾自夸继承了“真正的培根方法”，他却不是一个归纳论者。他的确还嘲弄过这一方法，说如果有谁真正相信这种方法，“他还是去碎石场的好，并在那里数一数圆石片，描绘它们的颜色”。但是在一些哲学文献中达尔文却往往被划在归纳论者之中。归纳论在18世纪和19世纪早期曾风行一时，现在则已认清纯粹的归纳法处理是全然无用的。这种情况可用植物育种者Gaertner的例子来说明，他曾耐心地进行和记录了成千上万的杂交试验却毫无所获，作不出任何概括性结论。李比希（1863）是第一位站出来反对培根的归纳论的著名科学家，他很有说服力地论证了从来没有哪位科学家曾经或能够遵循《新工具》（NovumOrganum）中所阐述的方法。李比希尖刻锋利的批判结束了归纳论的统治。
归纳论是被人们越来越有意识地用所谓假说-演绎法取代的。这个方法的第一步是“推测”（达尔文语），也就是说建立一个假说。第二步是进行实验或积累观察以便检验假说。Ghiselin（1969）， Hull（ 1973a），Ruse（ 1975b）曾就达尔文运用这一方法的情况作过非常精采的阐述。这一方法具有强烈的常识气息，人们也可以议论这方法早已暗含在亚里斯多德的方法中，笛卡尔学派的演绎论（deductivism）很大一部分也确实包含了这一方法。虽然当十八世纪归纳论盛极一时的时候演绎法的光彩一度被掩盖，但在十九世纪时它已成为占优势的方法。
目的论问题
在适当的时机、特别是当它和基督教的教条结合时，这种宇宙目的论概念曾经一度成为目的论的流行概念。正是这种目的论被现代科学毫无保留地加以排弃。无论是宇宙进化还是生物进化的发生从来也不是以任何程序为基础。如果在生物进化中有一种外观进程，从二、三十亿年以前的原核细胞到高等动植物，这完全可以用个体和物种之间的竞争所产生的选择压力以及新适应带移殖（colonlzation of new adaptive zones）的结果来解释。
当面对神话或宗教的时候，科学形成了联合阵线。一切科学一（尽管各门学科，各有不同）的共同目的是努力了解世界。科学要求解释，要求概括，要求确定事物与过程的原因。至少在这些。方面科学是一致的（ Cansey,1977）。
在生物科学中我们所研究的现象是无生命物体所没有的，这种认识并不是新的。科学史，自亚里斯多德开始，就是力求表述生物学自主的历史，是试图抵制机械-定量式解释的历史。然而每当博物学家和其它生物学家以及某些哲学家强调性质、特殊以及历史在生物学中的重要性时，他们的这种努力往往遭到讥讽并简单地被视为“劣等科学”加以排斥。甚至康德也逃不脱这种命运，他在所写的《判断力批判》（ Kritik der Urteilskraft，1790）中十分令人信服地争辩说生物学和物理科学不同，生物有机体与无生物不同。遗憾的是这些努力被贴上了活力论的标签因而被排斥在科学之外。严肃地对待生物学自主的要求还只是上一代左右的事，也就是说在各种形式的活力论消亡了之后。 只有首先将各种不同的科学彼此加以比较并明确了它们有哪一些共同点，有哪些区别之后才能对科学作出普遍公认的论述，这种看法正在越来越清楚地被人们所认识。下面我们就来讨论生物学有些什么特殊的地方。
定向遗传学说近年来又被一些顽固不化的物理学家重新提出。Eigen（1971）在其超级循环学说（theory of hypercycle）中力图说明“生物的进化…必须被认为是一个不可避免的过程，尽管其途径是非确定性的。”莫罗（Monod，1974a：22）将Eigen（和Prigogine）看作是“万物有灵论者”（animists），因为他们力图“说明：第一，生命不能不在地球上开始出现，第二，进化不可能不发生。”生物学家当然会排斥Eigen学说中的决定论方面，然而根据由自然选择不断“指示”的随机过程也可得到相同的结论。Monod在其推理中竟然对自然选择没有予以足够重视，这不能不说是一件怪事。
种群思想与本质论
哲学，随后是科学，则是人们对待世界的奥秘的另一方式，虽然科学在其早期的历史上和宗教并不能严格地划分。科学用疑问、怀疑、好奇和寻求解释的努力来对待这些奥秘，因此它所采取的态度和宗教返然不同。苏格拉底以前（爱奥尼亚时代）的哲学家们按可观察到的自然力（如火、水、空气）对这些奥秘寻求“自然”的解释，从而为这一不同的方式开拓了途径（参阅第三章）。这种力求了解自然现象的原因的努力就是科学的发端。罗马帝国衰亡之后的几个世纪，这种传统实际上已被淡忘，在中世纪后期的科学革命时才重新复苏。神的真理不仅显示在圣经中而且也表现干上帝的创造之中的这一信念也得到了发展。
实际上，在这些门类的生物学中考虑不周地运用数学有时会形成模式概念，从而形成错误观念。例如遗传学家约翰逊就经受不住这种诱惑将遗传上可变的种群“简化”为“纯系”，从而混淆了“种群”的确切涵义，在关于自然选择的重要性上就作出了错误的结论。同样，，数学种群遗传学的创导者为了使数学易于处理，将进人演算公式的各种因子加以过份简化。这样就对基因的绝对适合值（absolute fitness value）加大了胁强（stress），过份估价了累加基因效应（ additive gene effects）并进而作出了自然选择的目标是基因而不是个体的假定。这就必然只能得到不切实际的结果。
宗教和科学的根本区别是，宗教一般都有一套教条（多半是“天启”教条），对这些教条没有任何其它可供选择或通融解释的余地。反之，科学则实际鼓励有可供选择的其它解释并乐于用一个学说来取代另一个学说。发现一个可供选择的解释方案往往是兴高采烈洋洋得意的根源。科学思想（观念）之是否完善只在很少程度上由科学以外的标准来评价，因为它在总体上完全是由对问题或现象作出解释（有时还有预测）的效能来鉴定。
在过去50年中这种情况发生了相当激剧的变化。绝大多数纯属生物学过程的不确定性和物理过程的严格确定性已不再呈现十分明显的差异。在研究银河和星云的涡流效应以及海洋和大气系统的湍流现象中，发现在非生物界中随机过程是多么经常，多么有影响。这一结论并没有被某些物理学家接受。例如爱因斯坦就曾大叫“上帝并不玩骰子!”然而在等级结构的每一个层次都有随机过程出现，小至原子核一直到宇宙起源的大爆炸（big bang）所产生的各种系统。随机过程虽然使得预测是机率性（或不可能）的而不是绝对性的，但随机过程本身和确定性过程一样，是有原因的。只是绝对性预测是不可能的，这是由于等级结构系统的复杂性，每一步有非常多的可能选择，以及同时发生的各种过程之间的无数相互作用。就这方面来说，气象系统与宇宙星云在原则上和生命系统就没有什么不同。在如此高度复杂的系统中可能发生的相互作用的数量是如此之多，根本无从预测哪一个将必然会实际发生。研究自然选择和其它进化过程的学者、量子力学和天体物理学学者在不同的时间而且或多或少是独立地作出了这种相同的结论。
奇怪的是，科学家们对科学究竟是怎么一回事总是有点说不清楚。在经验主义和归纳法盛行的时代，科学的目的最经常地被描述为搜集新知识。与此相反，当人们阅读科学哲学家的著作时得到的印象是，就这些哲学家来说，科学是方法学。虽然从没有人会怀疑方法的重要性，然而某些科学哲学家几乎完全专注于方法则使注意力偏离了科学的更基本目的，那就是增进我们对我们所生活的世界以及我们本身的了解。
对数字和数量的魔力的盲目迷信，在19世纪中叶或许已达到顶峰。即使是洞察入微的思想家Merz（1896：3O）也曾说过：“现代科学只规范它的方法而不阐释它的目的。现代科学奠基于数字和计算之上，简而言之，奠基于数学运算上；科学的进展既取决于将数学观念引进到显然不是数学的学科中去；又决定于数学方法和数学概念本身的拓展。”
在自然选择还未被人们充分理解之前，很多进化论者，从拉马克到 H.F.Osborn和Teilhard de Chardin，曾经假设有一种非物理（甚至非物质）的力量存在，这种力量推动生物界日臻完善（定向进化，直生论）。对于唯物论的生物学家来说，要说明没有这种力量、说明进化很少能达到尽善尽美、说明外观上的日臻完善进程可以用B然选择来很好地加以论证等等都是不太困难的。很多进化趋向的直线性是由于遗传型及后生系统（epigenetic system）对选择压力的反应施加多种限制的结果。
什么是科学？生物学在科学中占有什么地位？什么是生物学的概念结构？人们必须首先自己回答这些问题才能设法去理解生物学历史中的任何一个特殊概念或问题的发展演变。对所有的这三个问题有些人曾作出全然令人误解的回答，特别是一些哲学家和非生物学者。这就严重妨碍了对生物学思想发展史的了解。我在本章中的第一个任务就是力图正确地回答这些基本问题。这将为研究特殊概念的历史发展奠定牢固的基础。
“世界观机械化”——这种信念认为，世界是由创世主按有限数量的永恒规律（定律）所设计的，因而井然有序，有条不紊（Maier，1938；Dijksterhuis，1961）——在随后的几个世纪中得到很大发展，直到牛顿将天体力学和大地力学融为一体时更取得了极大胜利。这些辉煌成就使得数学赢得了几乎无限的声誉。这具体地表现在康德的有名（或名誉极坏！）格言中：“在自然科学的各个领域中只有在包含有数学的那些领域才能找到真正的科学”如果这话是正确的，那末《物种起源》又怎么能算得上科学著作？毫无疑问，达尔文对数学的评价是很低的。
尽管随后对此有不少强有力、甚至极尽挖苦能事的反驳（Ghiselin，1969：21），而具有数学或物理学背景的哲学家却仍然紧抱着数学是科学皇后的魔杖不放。例如数学家Jacob Bronowski（1960，P．218）就曾讲道：“时至今日，我们对任何科学的信赖程度大致和它运用数学的程度成正比。…我们认为物理学真正是一门科学，然而化学则多少沾染有烹调手册的怪味（和污名）。当我们进一步转向生物学，随后是经济学，最后到社会科学，我们就很快地滑落到偏离科学的泥坑中去。”关于定性科学和历史科学、或涉及到系统如此复杂无从用数学公式表达的科学门类的这样一些误解，最后归结为一句专横武断的宣告：生物学是一门劣等科学。这样就导致了在生物学的不同学科中滥用数学解释的现象。
生物学中的概括几乎完全是几率性的。有人曾作出这样的妙语：生物学中只有一条普遍定律，那就是一切生物学定律都有例外。”这种几率性的概念化与在科学革命早期认为自然界事物的原因都由可以用数学形式表达的定律支配的看法相去甚远。实际上这种思想显然首先是由毕达哥拉斯提出的，它一直到现在，仍然是主导思想，特别是在物理科学中。它一再成为某些综合性哲学的基础，虽然不同的哲学家对之有很不相同的表述形式，如柏拉图的本质论、伽利略的机械论、笛卡尔的演绎法。这三种哲学对生物学都有重要影响。
由于这种情况往往就得出这样的结论：对某一门（例如物理学）科学来说是正确的，那就必然对一切科学也是同样正确的。举个例子，在我的书架上恰好有六七本关干科学哲学的书，而实际上都只是关于物理科学的哲学。科学的哲学家绝大多数具有物理学的知识背景，在论述科学的哲学和方法论时几乎完全以物理科学为根据。这些论述都是很不完全的，因为没有把生物界丰富多采的现象和过程包罗进去。哲学家和人文学者在叙述或评论“科学”时，头脑中几乎从来只有物理科学（以至技术）。当历史学家谈到科学革命（这主要是一次机械科学的革命）时常常暗示这也是同样适用于生物科学的革命。
没有人比笛卡尔对数学的重要性更加感受深刻，然而对他的思想的这种赞扬的结果却和对伽利略或牛顿的赞扬结果十分不同。笛卡尔对数学证明的严密性以及针对某一问题所作结论的必然性具有极其深刻的印象，竟至于声称数学定律是由上帝授旨，正如皇帝在其帝国内颁布法律一样。笛卡尔拟定了一种运用数学方法（严格按演绎法）的逻辑以获取理性知识。这种逻辑采取了数学的思想结构而不是用数学公式或方程式作为语言，然而它赞同严格的决定论解释和本质论思想。采用笛卡尔的数学方法论的莱布尼茨则是数学逻辑的创始人。
柏拉图的思想是几何学家的思想：一个三角形不论它的三个角是怎样组合的，它总是三角形的形式，因而和四边形或其它任何多边形是不同的（不连续式不同）。就相拉图看来，世间各种变化无常的现象不是别的，仅仅是数量有限的固定不变的形式的反映，这固定不变的形式相拉图称之为eide，中世纪托马斯主义者则称之为本质（essences）。本质是真实的，在世间是重要的；而作为思想，则本质可以不依赖实体而存在。本质论者特别着重恒定不变和不连续这两点。变化或变更被认为是作为基础的本质的不完善显示。这一概念化不仅是托马斯主义者的唯实论的基础，而且也是后来所谓的唯心主义或一直到20世纪的实证主义的基础。Whitehead是一个数学家和神秘主义者的奇怪混合型人物（也许应当称之为毕达哥拉斯学派人物），他曾经说过：“对欧洲哲学传统最保硷的一般描述是，它存在于对柏拉图的一连串注脚（footnotes）之中”。毫无疑问，这话如果是真的，则看来是赞扬而实质上却是贬低。这话真正指的是欧洲哲学经过了这么多世纪一直没有能摆脱柏拉图本质论的窠臼。本质论，连同它对恒定不变，不连续以及典型价值（模式概念，typology）的强调，一直支配着西方世界的思想，以致研究思想意识的历史学家到现在对之还没有充分认识。达尔文是首先反对本质论（至少是部分地反对）的思想家之一。他完全不被同时代的哲学家（他们全是本质论者）所理解，因而他的通过自然选择的进化概念就无从被人接受。按照本质论，真正的变更（变化）只能经由新本质的突然发生而实现。因为达尔文所解释的进化必然是渐进的，所以和本质论是完全不能和谐共存的。然而本质论哲学和物理科学家的思想却十分合拍，物理学家的“类别”（classes）是由完全相同的实体组成，不论是钠原子、质子、还是π-介子。
将术语“目的论的”所表示的笼统混合概念分解成四个部分应当能消除由于对目的论的不同理解引起争论的根源。然而我更希望这种概念方面的新进展能在非生物学家之中得到更广泛的理解。例如许多心理学家在他们讨论有目的的行为时仍然使用像“意图”、“意识”这样一些难于下定义的词，这样就无法作客观性的分析。由于我们无从确定动物（和植物）中究竟哪一些有意图或意识，因而使用这些词并无助于分析，说实在的，却只能使分析更加困难。为了解决这一类的心理学问题有赖于按我们对进化的新理解对意图或意识重新制定概念。
就伽利略看来，几何同样是开启自然定律的钥匙。然而他和柏拉图比较起来却更多地以数学方式来运用它。他曾写道：“在宇宙（它永远让我们注视着）这本大书中写上了哲学。除非首先学会它的语言和构成这语言的文字，否则就无法理解这本书。这书是用数学语言写成的，它的文字是三角形、圆和其它几何图形；没有这些，人类就根本无法理解这本大书中的任何一个单词；没有这些人们就只能在漆黑的迷宫中徘徊”（《计量者》）。然而对伽利略来说，不仅几何而且数学的一切方面，特别是测量的任何计量都被他认为是最基本的。
希腊人对大量的现象总是寻求合（乎）理（性）的解释。例如希波克拉底学派在探索疾病的原因时并不是从神灵的影响中去寻找病源，而是归之干诸如气候，营养等等自然原因。同样，爱奥尼亚的哲学家们对有生界及无生界的现象也试图作出合理的解释。亚里斯多德这位举世公认的科学方法论的创始人在其《分析后篇》（ Posterior analytics）一文中非常出色地谈到应当怎样对事物作出科学的解释，它的影响几乎一直延续到19世纪，正如Laudan（ 1977：13）不无偏激地指出：“科学哲学家们大多仍然囿于亚里斯多德及其注释者所提出的方法论。”包括亚里斯多德在内的希腊哲学家主要都是唯理论者（rationalist，或理性主义者）。他们（Empedocles是典型例子）认为只需通过准确清晰的推理，包括我们现在一般所说的演绎法，就能解决科学问题。这些古代医生和哲学家在对事态的解释上所取得的不容置疑的成就导致了过份高估纯理性方法的作用，笛卡尔在这方面达到了顶峰。虽然他也作过一些实验研究（例如解剖），但是这位哲学家的许多著作令人读后觉得好像他认为任何事情只需经过专注的思考就都能解决。
有的时候仅仅引进一个新术语，如“隔离机制”、“分类群”（分类单位）、“目的性”，就大大有利于澄清以前概念混乱的情况。更多的情形是必须首先排除概念上的混乱然后再引进新术语这才有利。约翰逊的“遗传型”和“表现型”这两个术语的情况就是这样（虽然约翰逊本人倒多少被它们弄糊涂了；参阅Roll－Hansen，1978a）。
实验法与比较法之间的差别并不像初看起来那样大。两种方法都要收集资料，而且观察在两种方法中都具有关键作用（虽然实验科学家通常并不提起他所取得的结果是由观察所进行的实验得到的）。在所谓的观察性科学中，观察者所研究的是自然界的实验。这两类观察之间的主要区别是，在人为的实验中可以选择条件从而可以检验有哪些因素决定实验结果。在自然界的实验中，不论是地震还是某种海岛动物的出现，我们的主要任务是推论或重新建立这一自然界实验所由以发出的条件。通过寻求一群正确配合的因素，有时几乎可以在“对照“观察中求得对照实验的可靠性。正如 Pantin（ 1968：17）曾经指出的，“在天文学、地质学以及生物学中，在选定的时间和地点观察自然事件有时可以提供完全足以作出结论的信息，正如可以由实验得到信息一样。”
不同的科学之间的区别再也没有什么比其哲学应用之间的不同更明显。很多哲学家曾指出在物理科学和伦理学之间没有什么可想像得到的联系。然而同样明显的是在生物科学和伦理学之间一种表面上可能具有的联系：例如社会斯宾塞主义（SocialSpencerism）”，优生学等等。物理学家声称在物理科学和伦理学之间没有联系确实是不无道理的（可以想一想原子核物理）。但是他如果正式声明（很多物理学家就是这样做的）“科学”和伦理学没有联系，他就暴露了部门狭隘性。政治意识形态一直对生物科学比对物理科学更感兴趣。李森科主义（Lysenkoism）和行为主义的白纸状态（tabula rasa）说教仅仅是两个例子。根据上述理由，当论及科学哲学而实际指的是物理科学哲学就是错误的。
（1）程序目的性活动（Teleonomic activities）。遗传程序的发现为一类目的性现象提供了机械论解释。某一生理过程或行为之所以有目的性是由于某种程序的运行而引起的就可以称之为程序目的性活动（Pittendrish，1958）。个体发育（ontogeny）的全部过程以及个体的外观上有目的的行为都属于这一范畴。它们的特点是都具有两个组成部分：它们是由某种程序导向的，而且它们依赖于某种终点或目标的存在，这终点或目标又是调整该行为或活动的程序已预知的。终点可以是某种结构，某种生理功能或稳定状态，到达某一新的地理位置，或者是某种完结行为的动作。每一特定程序都是自然选择的结果，并且不断地被已经到达的终点的选择值加以调整（Mayr，1974d）。亚里斯多德称这种原因是“为了哪一个的原因”（ for－the－sake－of－which causes）（Gotthelf，1976）。从原因的角度来看，重要的是讲明白程序以及诱发寻求目标行为的刺激在时间上先于意向性行为。通常有许多反馈机制来改善程序目的性活动的精确性，然而程序目的性行为的真正特征是引发或“引起”这寻求目标行为的机制存在。程序目的性过程在个体发生，生理学和行为学中特别重要。它们属于近期原因的领域，虽然程序是在进化历史过程中获得的。遗传程序的历史性形成则是由于选择压力，而这压力又由目的性活动的终点或目标产生。 （2）规律目的性过程（Teleomatic Processes）。任何过程，特别是与无生命物体有关的过程，其目的或结局是严格按照物理定律而活动的结果；这样的过程可以称为规律目的性过程（Mars，1974d）。一块下坠的岩石到达终点（地面）就不涉及寻求目标的或有意的或者程序化的行为，这只不过是符合引力定律而已。江河一泻千里地流向海洋也是如此。当一片赤热的铁块到达它的温度和周围环境温度相等的终了状态时，它之所以达到这一终点也是严格遵从物理定律——热力学第一定律。宇宙进化的全过程，从第一次大爆炸一直到现在是由于一系列的规律目的性过程加上几率性摄动或动荡的结果。自然规律中的引力定律和热力学定律是最经常左右规律目的性过程的两个定律。亚里斯多德早就觉察到这一类过程独立存在，并将之归因于“必然”。
博物学是对伽利略关于科学的数学理想的第二个反叛根源。布丰特别致力于促进博物学的发展。他强调指出（《哲学著作集》oeuvr．Phil.,：26）有些学科过于复杂不可能有效地运用数学，在这些学科中就包括博物学的各个部门。观察与比较是切合这些学科的科学方法。布丰的“博物学”（Histoire naturelle）对Herder产生了决定性的影响，后者又影响了浪漫主义派和自然哲学派。甚至康德也在179O年放弃了他对数学的崇拜。如果关于科学的数学理想的无效性在以前还并不明显，那末随着《物种起源》的出版这就肯定无疑了。
伽利略对这种见解的说明是众所周知的：“我认为在讨论自然界的现象时不应当从圣经的权威地位出发，而应当从明智有理性的实验和必要的演示开始。因为无论是圣经还是自然界都同样地是出自神旨。”他接着还说，“在自然界的行动中和在圣经的神圣词藻中，上帝同样值得赞美地将自己启示给我们。”伽利略认为，借助于永恒法则治理凡世的神灵最低限度和始终干预事态进展的神灵能一样地启发信念和信仰。正是这种思想促成了我们现在所理解的科学的诞生。对伽利略来说，科学与宗教并不是两不相容的，而是宗教的不可分割的一部分。同样，17世纪到19世纪的一些著名哲学家——例如康德——都把上帝引进到他们的哲学解说格式中。所谓的自然神学，不管它的名称如何，实际是科学与神学参半的混合体。科学和神学发生冲突是后来的事，是在科学运用“自然规律（法则）”解释了越来越多的自然现象和自然过程时才发生的，在此之前这些现象和过程只有经由造物主或神授的特殊法则的干预才能得到解释。
科学家实际运用假说-演绎法究竟到甚么程度是有争议的。Collingwood（1939）讲得很好，他认为假说总是对一个问题所作的试深性回答，而提出问题才真正是走向建立学说的第一步。科学史上不乏这样的例子，即一位研究人员掌握了建立一个新学说所必需的一切重要事实，但就是提不出正确确切的问题。如果承认提出问题的重要性，那末紧接着就引出了新的疑问：首先，为什么提出这个问题，回答必定是因为一位科学家观察到了一些他所不了解的事情，或者这些事情的原因不清楚，或者是他遇到了一些表面看来是矛盾的现象而他又想去排除这矛盾。换句话说，对事物的观察引出了问题。
近年来又提出了这样的问题：定律在生物学中是否像在物理科学中那样重要。有些哲学家，如 Smart（1963；1968），就根本不承认在生物学中有普遍适用的定律（而这却是物理学的特征）。另一些哲学家，如Ruse（1973）以及（在一定程度上）Hull（1974）则坚持强调生物学也有自身的定律。生物学家们却几乎毫不重视这种争论，认为这个问题与从事实际工作的生物学家毫无关系。
在生物学的历史上定义的措辞往往十分困难，而大多数定义又常被反复修订。这种情形并不奇怪，因为定义只是概念的暂时性文字表述，而概念——特别是难懂的概念——常常由于我们知识的增长或理解的深化而需要一再修订。这种情况可以用种、突变、领域、基因、个体、适应与适合度等这样一些概念的定义作为例子充分说明。
2.4生物学怎么不同和为什么不同
回顾历史就会发现，19世纪的拉马克、达尔文、梅克尔、阿伽西、科普以及许多和他们同时代的人经常提到（生物学）定律；而在生物学的各个学科的现代教科书中却可能一次也遇不到“定律”这个词。这并不是说生物学中不存在规律性，而只是指这些规律性是如此显而易见或如此平凡不值得一提。这可用壬席（Rensch， 1968：109～114）所列出的一百条进化“定律”这件事作为例子很好地说明。这一百条“定律”所指的都是受自然选择影响的适应倾向；而且其中绝大多数又常有例外（偶然的或经常的）情况，所以只是“定则”（惯例，rules），而不是普遍的定律。它们只是对过去的事态具有解释意义而不是预测性的（除非是统计性或几率性预测）。当我说“一只占据有一定领域的雄鸟赶走侵犯者的机会是98．7％（或其它的任一正确数字）”，我就几乎不可能声称建立了一条定律。当分子生物学家称蛋白质不能将（遗传）信息重新转译入核酸时，他们认为这是事实而不是定律。
奇怪的是科学哲学对概念的极端重要性却很不注意，很不重视。由于这个原因，一直到现在还不可能对重要发现的过程和概念发展成熟的过程作详尽的阐述。然而非常明显的是，生物学思想的创导者的主要贡献就在于开发和提炼概念，偶尔还排弃错误的概念。进化生物学的大部分概念都应归功于达尔文，行为学概念则应归功于洛兰茨（Kongrad Lorenz）。
归纳法
与引进新概念（如种群思想）同等重要的是排弃或修正错误概念。这可以用目的论这个概念来充分说明。
科学的一个很重要的方法论方面常常被误解，从而成为对同源现象或分类这样一些概念引起争论的原因。这是定义与在特定场合与定义相符的证据之间的关系（Simnson，1961：68－70）。这最好用一个例子来说明：“同源”（homolosous）这个词在1859年以前就有了，然而一直到达尔文创立了共同祖先学说之后才赋予它以现代流行的意义。按照这一学说，“同源”这个词在生物学上最具有意义的定义是：“在两个或两个以上分类群中出现的某一特征，当这特征来自它们共同祖先的同一（或相应）特征时，这出现于两个或两个分类群的特征就是同源的。”在给定的情况下可以用来证明是否同源的证据应具备什么条件？有一整套这样的标准（例如某一结构相对于其它结构的位置），然而如果将某些学者在为“同源”下定义时所提到的证据也包括进去，那就会引起误解。定义及与定义相符的证据之间的关系同样存在于生物学所使用的几乎一切术语的定义中。例如某人如试图进行“系谱分类”而完全依赖形态学证据去推断彼此之间的关系。就是这样也并不能形成形态分类。目前普遍接受的种的定义包括生殖群落（“品种间杂交”）这一标准。古生物学家不能用化石来验证品种间杂交，但是通常可以把各种不同的其它证据（群聚，相似等等）综合起来以强化同（一）种（类）的可能性。定义阐明概念，但是并不要求包括与定义相符的证据。
生物科学的进展大多是这些概念或原则发展的结果。系统学进展的标志是分类、种、类目、分类单位（分类群）等等这样一些概念的提炼和完善；进化生物学的进展则是由于世系、选择以及适合度等概念的发展与完善。生物学的每个部门都可列出一些类似的主要（或核心）概念。
然而也有迹象表明对方法加以选择的重要性曾经被过分夸大。对此我同意 Koyre（1965）的意见，他认为：“抽象的方法论在科学思想的具体实际发展上只占有相当小的地位。”Goodfield（1974）在生理学家中的还原论者与反还原论者之间没有发现他们在科学成就和创立学说上有什么差别。库恩（Kuhn）以及其它的人同样也对方法的选择的重要性看得很低。科学家在实际研究工作中往往在不同阶段之间来回徘徊，在一个阶段里他们收一集资料或进行纯描述性或分类研究，在另一阶段则建立概念或检验各种学说。
为了抗衡这种态度，强调科学的多元性（Plurality ofscience）有时是有利的甚至是必要的。很早以来就常常将牛顿和自然法则看作是在时间和空间上与科学是同样扩展的。然而，看一看十六、十七和十八世纪的理智环境，就会发现当时有几种其它的文化传统同时存在，这些传统彼此之间或与力学之间基本上无关。草药医生的植物学，Vesalius的解剖学，博物学家独特的采集箱，科学航行，植物展览和巡回动物展览等等，所有这些和牛顿有什么关系！然而正是这些科学激发了卢梭的浪漫主义以及塑造了高贵的野蛮人的信条。
当引进一个真正的新概念时在科学内部常常引起特别大的困难。例如引进种群思想代替柏拉图的本质论概念，引进选择概念或遗传学中的封闭程序及开放程序等概念时情况都是如此。这正是Kuhn在谈到科学革命时所指的（部分）情形。
（3）业已适应的系统（Adapted systems）。自然神学家对于与生理功能直接有关的一切结构的设计特别注意：心脏是造来把血液抽送到全身，肾是造来排除蛋白质代谢的副产物，胃肠道执行消化功能使营养物质能被身体利用等等。达尔文最具有决定性意义的贡献之一就是指明这些器官的起源与逐步完善可以通过自然选择来解释。因此最好不用“目的性”（寻求目的）来标示器官，它们的业已适应的性能（adaptedness）是来自过去的选择过程。在这里使用适应性的或自然选择学者的语言比用目的性语言更为合适（Munson，1971；Wimsatt，1972），因为后者暗示了有定向进化力量（orthogenetic force）存在，这种力量对生一物器官的起源负责。
由于上述一切原因，物理学已不再被认为是科学的尺度。特别是涉及到研究人类时，是由生物学提供了方法论和概念。法国总统最近将这一信念用下面的活简洁地归纳了起来：“毫无疑问，被人们考虑不周地称为‘精密’科学的数学，物理学以及其它科学…将会继续提供惊人的发现，然而我却不能不感到未来的真正科学革命将必然来自生物学。”
很多物理学家认为生物学的全部知识可以还原为物理学定律的意见使不少生物学家出于自卫提出生物学自主的问题。虽然生物学家的这一解放运动很自然地遇到相当大的阻力；这阻力不仅来自物理学家，而且也来自具有本质论思想的哲学家，并且在最近几十年来日益得势。究竟物理科学的原则、学说是否能解释生物科学中的每一样事物，究竟生物学（至少部分地）是不是独立自主的科学，冷静地讨论这些问题也有很大困难。这是因为科学之间的竞争，甚至互相敌视所致。而这种情况在物理科学和生物科学内部以及这两个阵营之间都存在，有不少人（例如Comte）企图将科学分成等级，并把数学（特别是几何）册封为科学皇后。在为荣誉（加诺贝尔奖）而竞争，在为大学中与政府部门中的预算拨款，为职位而竞争，以及在一般群众中的社会声誉方面这种竞争就更明显。
让我举一两个例子来说明。1：3这个比率在孟德尔之前被植物育种人员发现过许多次，甚至达尔文在他的植物育种试验中也曾很多次发现这一比率。然而所有这些都毫无价值。直到孟德尔引进了适当的概念并等到魏斯曼引入了补充概念之后才使得孟德尔的分离现象具有更大意义。与此相仿，现在已由自然选择学说所解释的现象早在达尔文以前就是人们所熟知的，但并不被人了解，直到引进种群含有独特个体的概念后自然选择才具有强大的说服力。种群思想和地理变异的概念联同隔离概念依次成为地理性物种形成学说发展的先决条件。对生殖隔离是物种形成过程中的关键组成部分的认识直到隔离机制这一概念得到澄清后才完成。只要把地理障碍仍然包含在隔离机制之中（Dobzhansky）仍然如此，1937），隔离机制的真正作用就没有被理解。
前面的讨论可能给人这样的印象，即我也要求生物科学完全自主，换句话说，我要彻底放弃科学统一的概念并用物理科学和生物科学这两门分开的科学来代替。但是这并不是我的观点。我希望说明的是物理科学作为科学的尺度是不适当的。物理学完全不能担任这一角色，因为正如物理学家Eugene Wigner说得好：“目前物理学研究的是极限状态（limiting case）。”用一个类似的比喻，物理学相当于欧氏几何，后者是所有几何（包括非欧氏几何）的极限状态。关于这种情况G· G·辛普森（ 1964b：106～107）阐述得最清楚：“坚持研究有机体需要除物理科学以外的原理并不是对自然的二元论或活力论观点。生命…因此便不会必然被认为是非物理的或非物质的。正是生物受到了千百万年历史过程的影响。……这些过程的结果是和任何非生命系统在种类上不相同的系统，而且几乎是不可比拟的更加复杂。生物并不是由于这个原因在本质上便必然较少物质性或较少物理性。问题的关键是，一切已知的物质过程和解释原则对生物有机体都是适用的，而只有有限的物质过程和解释原则适用于非生命系统…因此生物学是站在一切科学的中心的科学……正是在这个地方、在一切科学的所有原则都被包罗进去的领域之中，科学才能真正的统一起来。”
2．1科学的本质
无论是在进化生物学还是系统学中几乎都可以任意列出一些进展的例子并证明它们主要是依靠引进了改进过的概念的结果而不是依赖于新发现。科学史家早已认识到这一点，然而遗憾的是在非生物学家中很少人了解这种情况。的确，发现是科学进步的一个必要组成部分，而且生物学中当前的一些薄弱环节也主要是由于缺乏某些基本事实所造成的。例如生命起源问题，中枢神经系统时组织结构问题。但是，由新概念或者经过或多或少彻底改变了的旧概念所作的贡献也和新事实及其发现的贡献同等重要，有时还更重要。在进化生物学中，像进化、共同起源、地理性物种形成、隔离机制或自然选择等概念已经使生物学中以前乱成一团的领域发生了激剧的转向，促进了新学说的形成和数不尽的研究工作的出现。那些坚持认为科学的进展主要在于科学概念的进步的人们并没有错。
发现新事实还是发展新概念
当达尔文根据地质学和种系发生现象计算地球年龄至少应当在十亿年以上时，物理学家凯尔文爵士（Lord Kelvin）断然宣称这是错误的，因为他根据与地球同样大小球体的热量散失计算，地球年龄至多只有二千四百万年（Burchfield，1975）。十分引人发笑的是凯尔文怎样能保证，他自己的计算结果是正确的而博物学家达尔文的是错误的。由于生物学是劣等科学，因而错误在何方是不言而喻的。凯尔文根本不承认可能有某种未知的物理因素存在，而这物理因素最终倒可能支持生物学家的计算。在当时的这种知识气氛下有些生物学家走迷了路，用浅近的物理学来解释他们的发现。例如魏斯曼在其早期工作中将遗传性归之于“分子运动”，贝特森则认为遗传性是由于“涡动”（旋涡运动）。这样的一些解释只能阻碍科学进展。
重要的是必须强调观察-比较法的科学合法性，因为实验法对很多科学问题并不适用。但是，和有些物理学家的看法相反，那些仰仗比较法的科学门类决不是劣等的。正如一位明智的科学家，E．B．威尔逊，在很早以前说过：“在我们研究室里完成的实验补充了在自然界中曾经发生并一直发生的实验，它们的结果必须织进同一织物之中。”威尔逊（ E．B．Wilson）一贯反对那种认为生物学的进展“只能由实验”取得的观点，通过观察发现异种动植物就构成了生物地理学的基础；观察显示了有机界的多样性，从而导致了林奈等级结构的建立和共同起源学说；观察导致了行为学和生态学的诞生。在生物学中由观察所产生的见识可一能比所有的实验加起来还要多。
接踵而来的归纳法论者及实验主义者对笛卡尔主义的责难，非常清楚地表明在科学中方法被认为是很重要的。这在今天也正和在17世纪时一样是完全正确的。遗憾的是还有很多哲学家一直到19世纪仍然相信只要通过推理或哲学化（philosophizing）就能解开宇宙之谜。当他们的结论和科学的发现互相冲突时，他们之中的某些人则坚持自己是正确的，科学是错误的。就是这种态度惹得Helmholtz对哲学家的专横强烈不满。哲学家们对自然选择学说、相对论、量子力学的反应说明他们的这种态度并没有完全转变。
高尔敦（Francis Galton）可能是首先充分认识到易变的生物种群的平均值只是一个抽象观念。在一群人之中身高的差异是真实的，并不是由于测量不准。自然种群统计中最重要的参数是实际变异，它的量和它的性质。变异量因性状和物种的不同而有异。达尔文如果没有采取种群思想就不可能创立自然选择学说。另一方面，充斥在种族主义文献中的言论则几乎完全是基于本质论（类型学）思想。
物理学研究和生物学研究的区别并不像一般认为的是由于方法论的差异。作为研究方法，实验并不限于物理科学，而且也是生物学的主要方法，特别是在功能生物学中（见后）。观察和分类显然在生物科学中比在物理科学中更为重要，然而在像地质学、气象学和天文学这样一些物理科学中它们显然也是主要方法。分析在物理科学和生物科学中则同等重要，这在下面还要谈到。
物理学家最终也认识到他们并不能总是提出绝对证明（Lakatos，1976），而且科学的新学说也不再需要绝对证明。科学家现在已满足于将下述情况看作是真实可靠的：即在现有证据的基础上看来可能性最大的事态，或者与更多的事实或更令人信服的事实相一致（而不是与相互竞争的学说相一致）的事态。由于认识到对很多科学结论不可能提出绝对证明，于是哲学家卡尔·波普尔（ Karl Popper）建议用反证性（falsifiability）来检验这些结论的正确性。这样一来引起争议的责任就转移到科学学说反对者的一方。按这种办法凡是能经受住最大多数和各式各样企图否定它的那种学说，就会被人们接受。波普尔的这一建议还能十分干净利落地划清科学与非科学的界限：凡是理论上不能被反证的主张就不是科学。因此，仙女座上有人类存在的主张就不是一个科学的假说。
定律在物理科学中具有重要的解释作用。一件特定的事态只有当它能被证明是由符合于一般定律的特定原因引起的时候才被认为得到了解释。有些哲学家把定律的建立作为评价科学的依据。这样的一些定律被认为是决定论的，因而可以作出准确的预测。
物理科学和生物科学今的定律（法则）
直到现在一直被忽视的概念（历）史中有很多意外情况。“相似”（affinity）、“亲缘关系”（relationship）在进化论以前的系统学中被用来指简单的相似，1859年以后转变成“血缘相近”（Proximity of descent），并没有引起任何混乱或困难。而当亨尼克（Hennig）试图将“单元的”（单源的，monophyletic）这个词从鉴定分类群转变到鉴别世系途径时，在分类学中就产生了很多困难。有时在研究概念时还发现在某些语言中词汇非常贫乏。例如“资源”（resource）这个术语在生态学中非常重要（如资源分配，资源竞争等等）而在德文中却没有相应的词汇，后来才将原来的英文字德语化成 “Ressoureen”。
顺便应当提到的是，将数学看作是“科学皇后”是多么容易引起误解。数学只是科学的一小部分，正像文法只是语言（如拉丁语或俄语）的一小部分一样；数学是和一切科学有关的一种语言（虽然程度极不一致），或者同什么也无关。有一些科学，如物理科学和大部分功能生物学，其中定量和其它数学处理具有重要的解释作用或启发作用。也有像系统学和大部分进化生物学这类的科学，其中数学的贡献就极其微小。
值得注意的是，达尔文的看法和现代的学说完全一致。他认识到他绝不可能按数学证明那样的确定性来阐释进化结果。他在《物种起源。中大约二十几个不同的地方提到；“这一特殊发现——不论是分布格局还是解剖结构——是用特创论还是由进化机会主义来解释更容易？”。他一直坚持后者更有可能。达尔文早已预见到了现代科学哲学的许多重要原则。虽然科学家们现在已普遍对科学真理采取概率（论）解释——事实上为绝大多数科学结论提出数学证明那种确定性的解释也完全不可能——但是这种新见解仍然没有被许多非科学家所赏识。把关于科学真理的这一新概念作为更广泛的科学教育的部分内容是值得的。
生物学家通常并不建立定律而是将他们的概括组织成概念结构（体系）。有人认为定律与概念的比较只是形式上的差异，因为每个概念都可以转化成为一个或几个定律。即使这种看法表面上是正确的（我对此却并无十分把握），这样的转化在实际的生物学研究工作中却并不见得有什么好处。定律不具备概念的灵活性和启发性。
因而研究生物学现象就会引出这样一个合乎情理的问题：物理科学的方法论和概念结构在多大程度上能作为生物科学的范例？这个问题不仅和一些特殊问题如“知觉”或“意志”等有关，并且涉及任何生物学现象或概念，如种群、种、适应、消化、选择、竞争等等。这些生物学现象或概念难道在物理科学中就没有相对应的？
然而仅只是观察也是不够的。直到18世纪晚期才有一种特别适用于研究多样性的方法初次被认真地加以运用，这就是比较法。虽然在居维叶之前已有一些先行者，他却无疑是比较法的伟大创始人（见第四章）。人们往往忽略了在运用比较法之前必须把要比较的项目加以分类。确实，比较分析的成功与否在很大程度上由事前的分类是否完善来决定。同时，进行比较时显露出的分歧往往使现象的分类得到改进。这样在两种方法之间往返进行（不是圆周运行）是很多学科的特点（ Hull， 1967）。
当然，概念的运用并不限于科学，因为在艺术、历史（以及人文科学的其它领域）、哲学和人类的任何思想活动中都有其本身的概念。那么，除了运用概念而外，用什么标准来划分科学和上述人类的其它成就呢？对这个问题的回答并不是想像的那样简单，就正像常被引用的问题：社会科学在多大程度上是科学？可以试试看地提出以下几方面来说明科学的特点，即方法论上的严密性；检验或反证其结论的可能性，建立不相矛盾的学说体系（Paradigms）的可能性。方法虽然并不是科学的全部，却是它的重要方面，特别是由于在科学的不同学科中，方法也不尽相同。
下面讨论生物学中一些特别重要的概念。
在物理学家写的科学哲学中往往把实验看作是科学的独特方法。这是不正确的，因为在进化生物学和海洋学这样一些科学中，其它的严密科学方法非常重要。每门科学都要求有自己专有的合适方法。对伽利略（力学）来说，机械学、测量与计量就非常重要；就亚里斯多德（生物学）而言，则生物有机体、多样性、目的性过程的分析以及分类是偏重的方法。在生理学和其它功能生物学中，实验性方法不仅是合适的而且几乎是唯一能取得结果的方法。
人们在研究业已适应的系统时要提出为什么的问题，如在静脉中为什么有辩膜？英国生理学家Sherrington（1906：235）在研究反射时很有分寸地强调了这一点：“除非我们将之看作是业已适应的动作而能讨论其直接目的，我们就不可能从研究任何特殊的类型反射中得到任何教益…在探索自然界的奥秘中研究反射的目的是理由充分而又迫切需要的，正如研究昆虫或花朵颜色的目的一样。研究反射目的对生理学之所以重要就在于如果不了解它生理学家对反射就不可能真正理解。”
2．3生物学在科学中的地位
假说-演绎法
科学的进展在于新概念的开发（如选择、生物种）和用以阐明这些概念的定义的反复提炼与完善。尤其重要的是有时会偶然发现一个多少是专业性术语，过去认为所指的是某一特定概念，而实际上却被用来表示好几个概念，例如“隔离”既表示地理隔离，又表示生殖隔离。又如“变种”，达尔文既将它用于个体，又用于种群，而“目的性的”（teleological）这个术语所表示的却是四种现象。
