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状态描述与过程描述

“圆是离给定点等距离的所有点的轨迹”。“要画圆，将圆规的一脚固定，旋转另一脚直到它回到出发点为止”。欧几里德暗示：如果你实施第二句话规定的过程，就会产生一个满足第一句话的定义的东西。第一句是圆的状态描述，第二句是过程描述。

对结构的这两种理解方式是我们的经验的经纬。图画、蓝图、大多数图表和化学结构式是状态描述。处方、微分方程和化学反应方程式是过程描述。前者表征了感受到的世界，它们提供了辨认物体的标准往往是通过模仿物体的方式。后者表征了受到作用的世界，它们提供了将具备我们所想望的性质的物体生产出来的手段。

感受到的世界与受到作用的世界这二者的区别确定了适应性生物的基本生存条件。生物必须逐渐搞清被感知世界的目标与过程世界的行动之间的相互关系。当这些相互关系被意识到并用言语表述出来时，它们就相当于我们所说的手段－目的分析。给定一想望的状态和现存状态，适应性生物的任务就是找到这两个状态的差别，然后找到消除该差别的相关过程。

于是，要解决问题，就要使对同一复杂现实情形的状态描述与过程描述不断相互转化。柏拉图在美诺篇no中论证说，所有学习都是回忆。他认为，除非我们已经知道问题的答案，不然我们就不能发现或认出这个答案。他不能做出别种解释。这一悖论的产生缘由就是我们与世界的二元关系，该悖论的解决也要靠这种关系。我们给出解法的状态描述，这就是提出了问题。这一任务就是要找到一个能从初始状态产生出目标状态的过程序列。从过程描述向状态描述的转化使我们能知道，什么时候已经达到了目的。对我们来说，解法真正是新的我们并不需要柏拉图的回忆理论来解释我们是怎样认出解法的。

现在已有愈来愈多的证据表明，称为“人类的解决问题过程”的活动基本上是一种手段－目的分析。它的目的是：发现对通向想望目标的路径的过程描述。一般范式是：给定一设计图，找出相应的“药方”或实现方法。很多科学活动是这一范式的应用：给定某些自然现象的描述，求出能描述产生这些现象的过程的微分方程。

自我复制系统的复杂性的描述

找到对于复杂系统的相对简单的描述，这一任务不仅仅对理解人类获得的关于世界的知识是有益的，而且对理解复杂系统为什么能复制自身也是有益的。我在对复杂系统的进化进行讨论时，只不过稍稍接触了一下自我复制的作用。

原子量大的分子和复杂的无机分子表明了这样一桩事实：复杂性的进化并不意味着自我复制。如果从简单性向复杂性进化的概率很高，进化就会反复发生；系统处于统计平衡态时，大部分基本粒子都加入了复杂系统。

然而，如果一种特定的复杂形态的存在使与该形态很相象的另一形态的产生概率增大了，那么，复杂系统与单元之间的平衡就会发生大变化，向有利于生成复杂系统的方向移动。如果我们对物体的描述足够清楚和完备，就可以根据描述复制物体。无论复制的具体机制是什么，描述给我们提供了必要的信息。

我们已经看到，复杂系统的描述可取许多形式。尤其是，我们可以对复杂系统进行状态描述设计图，也可以进行过程描述实现方法。复制过程可围绕这两个信息源中的任一个进行。或许，最简单的可能情形是让复杂系统作为它自身的描述一块可由以做出复制品的模板。例如，当前最言之成理的dna复制理论中的一种理论认为，一个以互相匹配的两部分每一部分实质上是另一部分的“底片”绕成的双螺旋形式存在的dna分子，可以从螺旋态展开，让双螺旋的每一半成为据以形成新的匹配部分的模板。

另一方面，我们已获得的关于dna对生物代谢机制的控制作用的知识指出，模板复制不过是涉及到的过程之一。根据目前最有影响的理论，dna既是自身的模板，也是与它有关的物质核糖核酸rna的模板。而rna又是蛋白质的模板。但是，据目前的知识，蛋白质不仅通过模板方法指导生物代谢，而且起着调节细胞内反应速率的催化剂的作用。rna是蛋白质的设计图，蛋白质是代谢的实现方法。

个体发生重演种系发生

生物染色体中的dna包含着确定生物发育和活动所需要的一些也可能是大部分信息。我们已看见，只要当前的理论近似正确，那么，信息的录写方式就不是对生物体的状态描述，而是关于通过营养物质来构造和维持生物体的一系列“指令”。我已采用过药方实现方法，recie的譬喻，我可以同样贴切地将过程描述比作一个计算机程序，它也是一个控制着符号结构的构造的指令序列。让我详细说一说后一比喻的某些结果。

如果说，遗传物质是程序就其与生物体的关系而言，那么，这一程序具有特别的性质。首先，它是自我复制的程序。我们已考察了它的可能的复制机制。第二，它是以达尔文主义的进化方式发展起来的程序。在表匠寓言的基础上，我们可以断言，遗传物质的许多祖先也是富有生命力的程序关于组件的程序。

对于这一程序的结构，我们还能做些其他什么推测呢生物学中有一著名的概括性结论，它的文字表达非常简洁，以致即使事实不支持它，我们也不想抛弃它：个体发生重演种系发生。个体生物体在其发育过程中经历了同其某些祖先的形态类似的几个阶段。人类胚胎在发育过程中，先长出鳃条，然后改变它们以用于其它用途。这是属于上述概括性结论的一个人所熟悉的特例。如今的生物学家喜欢强调这一原理的缺点，说什么个体发生仅重演了种系发生的最粗糙的方面，而且仅仅是粗糙地重演。这些缺点不应使我们看不见事实：这一概括性结论在粗糙近似下确实成立，它确实概括了关于生物发育的非常有意义的一组事实。我们怎样才能解释这些事实呢

解决复杂问题的一种方法是将复杂问题化约为以前解决过的问题说明采用哪些步骤就可从早先的解法导致对新问题的解法。如果在世纪之交时，我们要教一名工人造汽车，那么最简单的方法或许是教他如何改造一辆马车去掉车辕，加上一个马达和变速器。类似地，通过增加能将较简单的形态改造成为较复杂的形态的新的过程，遗传程序在进化过程中也可加以改变要构造一个原肠胚，就拿一个囊胚来再加以改造

因此，单细胞的基因描述采取的形式可以与将细胞“装配”成多细胞生物体的基因描述很不一样。细胞分裂这种繁殖方式，至少需要一个状态描述比如说dna和一个简单的“解释过程”借用计算机语言的术语，该过程将状态描述复制下来，作为更大的细胞分裂复制过程的一部分。但是，这样一种机制显然不足以解释细胞在发育中的分化。将这一过程看作是以一个过程描述与一个多少更复杂一些的解释过程为基础的，似乎更为自然。解释过程在一系列阶段上产生出发育成熟的生物体，发育的每一新阶段反映了操纵基因oerator对前一阶段的影响。

构想这两种描述的关系则更为艰难。它们必须是相互联系的，因为人们对基因－酶机制的了解已足以表明，这些机制在发育比如细胞代谢中起着重大作用。我们从前面的讨论得到的唯一线索是，描述本身可以是层级结构的，或近可分解的；在多细胞生物体发育当中，较低层次控制着个体细胞的快速、“高频”动态过程，较高层次的相互作用控制着慢速的、“低频”动态过程。

除了个体发生重演种系发生的事实外，能够表明遗传程序是以这种方式组织的证据没有多少，但是存在的这些证据与这一概念是相容的。由于我们能将控制着细胞代谢的遗传信息与控制着多细胞组织中分化细胞的发育的遗传信息区分开来，我们就使理论描述的任务大大简化了正如我们已经看见的那样。但是，或许我对这一猜想已谈得够多的了。

对于其描述储存在程序语言中的进化着的系统，我们可以期望个体发生部分重演种系发生。这一概括性结论在生物学领域之外亦可应用。例如，它可很容易地用于教育过程中知识的传播。对于大部分科目，尤其对于迅速进步的科学学科，从基础课程到高深课程的进步在相当大的程度上就是科学自身思想史的进步。幸好，重演很少是完全照搬原样这一点比生物学的重演更突出。我们并不在化学课中教授热素说，以便往后再来纠正它。我不知道我能否举出其它学科的例子，那里，人们正是这么做的。课程体系的修订使我们摆脱了过去的负担，但课程体系的修订是不经常的，令人痛苦的，也并不总是人们想望的。在许多情况下，局部重演也许提供了通向高级知识的最