[论文解读] The Twilight of Determinism: At Least in Biophysical Novelties

Amihud Gilead|arXiv (Cornell University)|Oct 15, 2015

Climate Change Communication and Perception参考文献 15被引用 6

一句话总结

本文认为，由于马罗姆与布劳恩在受控实验中观察到的涌现自主性与不可预测的灵活性，生物学中的决定论正在衰落，尤其是在生物物理系统中。作者通过展示即使在基因约束下，生物系统仍表现出显著的非决定论预测自由，从而挑战了还原论与系统生物学，重新定义了生命科学中机械解释的界限。

ABSTRACT

In the 1990s, Richard Lewontin referred to what appeared to be the twilight of determinism in biology. He pointed out that DNA determines only a little part of life phenomena, which are very complex. In fact, organisms determine the environment and vice versa in a nonlinear way. Very recently, biophysicists, Shimon Marom and Erez Braun, have demonstrated that controlled biophysical systems have shown a relative autonomy and flexibility in response which could not be predicted. Within the boundaries of some restraints, most of them genetic, this freedom from determinism is well maintained. Marom and Braun have challenged not only biophysical determinism but also reverse-engineering, naive reductionism, mechanism, and systems biology.

研究动机与目标

• 考察现代生物学中决定论模型的侵蚀，特别是生物物理系统中的情况。
• 研究近期实验发现如何挑战生命科学中还原论与机械解释的假设。
• 分析受控生物物理系统中非预测性、灵活反应对理论生物学的影响。
• 评估生物体与环境反馈回路在削弱生物现象中严格决定论方面的作用。
• 在生物系统中涌现自主性的背景下，重新评估系统生物学与逆向工程的基础。

提出的方法

• 分析马罗姆与布劳恩关于受控生物物理系统实验结果，展示其非决定论、灵活的响应。
• 运用哲学与历史分析，追溯自20世纪以来生物学中决定论的演变。
• 考察生物体与其环境之间的相互关系，作为非线性与不可预测性的来源。
• 评估还原论方法在解释复杂生物行为方面的局限性。
• 将决定论模型与已知基因与物理约束下仍无法预测的系统级行为进行对比。
• 以利文汀对基因决定论的批判为概念切入点，重新构建关于生物可预测性的辩论。

实验结果

研究问题

• RQ1 生物物理系统在多大程度上表现出可逃避决定论预测的自主性？
• RQ2 生物体与环境的反馈回路如何瓦解生物学中经典的还原论与机械模型？
• RQ3 受控生物系统中非预测性灵活性对系统生物学与逆向工程有何影响？
• RQ4 生物物理系统所表现出的行为在何种方式上挑战了基因决定论的假设？
• RQ5 ‘决定论的黄昏’这一概念如何在近期生物物理学研究的实验证据中体现？

主要发现

• 正如马罗姆与布劳恩所展示的，受控生物物理系统在响应中表现出显著的灵活性与自主性，这种特性无法仅从基因或物理约束中预测。
• 生物体与其环境的相互作用产生了非线性反馈回路，破坏了生物学中决定论建模的可行性。
• 即使在严格的基因与物理限制下，系统仍表现出一种对决定论的自由，表明可预测性的局限。
• 这些发现挑战了逆向工程与天真还原论作为理解复杂生物系统主要工具的有效性。
• 依赖决定论建模的系统生物学被证明不足以捕捉生物物理新现象中所观察到的涌现性与不可预测行为。
• 本文确认，生物学中的决定论并未被完全抛弃，而是如今被理解为在更精细、情境依赖的框架中运作。