生態(tài)學(xué)說明何以可能？
——以“生態(tài)學(xué)定律”為中心之論證

王翠平

本研究的基本思路為：第一部分從定律說明的角度，結(jié)合米切爾的觀點(diǎn)，考察生態(tài)學(xué)定律的基本特質(zhì)和定義原則。第二、三部分從非定律說明的角度，考察生態(tài)學(xué)的說明模式。其中，第二部分側(cè)重研究生態(tài)學(xué)的機(jī)制說明(mechanistic explanation)樣態(tài)，第三部分從“因果不敏感性”(causal insensitivity)的前提出發(fā)，考察生態(tài)學(xué)機(jī)制說明的可能性。第四部分為結(jié)論。研究表明，生態(tài)學(xué)研究尚缺乏普遍性定律的定義規(guī)范。出于實(shí)用的角度，研究者更關(guān)注說明效果，而非說明項(xiàng)的邏輯形式。模型能否描摹現(xiàn)象背后的因果關(guān)系是說明力的重要標(biāo)準(zhǔn)。對恒常的因果關(guān)系的單一追求，并不符合生態(tài)現(xiàn)象復(fù)雜多變的本質(zhì)。生態(tài)學(xué)研究還應(yīng)關(guān)注具體環(huán)境下的因果變化，在恒常和變化間保持解釋的張力。

一、生態(tài)學(xué)定律及其說明可能性

A：規(guī)范定義(normative account)。根據(jù)定律是什么的“元定律”規(guī)范，來判斷某規(guī)則性現(xiàn)象背后是否存在定律。同樣地，“生態(tài)學(xué)定律是什么”的基本規(guī)范，成為具體定律的判斷根據(jù)。

B：范例定義(paradigmatic account)。通過與某一個“典型的定律”進(jìn)行比對，根據(jù)相似程度，來確認(rèn)其他“定律”的身份。例如，通過與某物理學(xué)經(jīng)典定律的對比，來確認(rèn)一個生態(tài)學(xué)定律的理論地位。

那么，生態(tài)學(xué)研究是在什么意義上應(yīng)用“定律”呢？對其實(shí)際研究過程進(jìn)行分析，未發(fā)現(xiàn)對生態(tài)學(xué)定律的“規(guī)范定義”或“范例定義”。對于“什么才算是生態(tài)學(xué)定律”，研究者并未嚴(yán)格界定。這與生態(tài)學(xué)的學(xué)科特質(zhì)有密切關(guān)系。

生態(tài)學(xué)研究未采取范例來定義定律。生態(tài)學(xué)定律的根本標(biāo)準(zhǔn)不清晰，少數(shù)的生態(tài)學(xué)“范例”也存在爭議。例如，根據(jù)人和大猩猩的某種相似性，我們可以得出人也是靈長類動物的結(jié)論。但是，如果該結(jié)論成立，僅有“人和大猩猩的相似性”還不夠，還必須保證前提大猩猩是靈長類動物為真。那么該前提如何成立呢？大猩猩何以被歸為靈長類動物呢？回答這個問題，需要明確“靈長類動物是什么”，才能夠?qū)Α按笮尚墒庆`長類動物”做出判斷。在這一判斷為真的前提下，考慮“人和大猩猩的相似性”，才可以推出“人也是靈長類動物”的結(jié)論。至于“靈長類動物是什么”，就又回到了“規(guī)范定義”問題上來。

其次，對“相似性”未達(dá)成共識，無從與范例比較。生態(tài)學(xué)研究的“相似性”體現(xiàn)在許多方面。下面可舉出兩種：其一，經(jīng)驗(yàn)上類似。例如，受到達(dá)爾文進(jìn)化理論的影響，克萊門茨指出群落演替也遵循一定的定律，并以此證明群落的“類有機(jī)體”身份；其二，形式上類似，這包含“形式結(jié)構(gòu)”和“結(jié)構(gòu)要素”兩類相似性。例如，麥克阿瑟(Robert McArthur)和威爾遜(Edward Wilson)在島嶼生物地理的研究中，發(fā)現(xiàn)了物種-面積法則，其數(shù)學(xué)表達(dá)式為回歸方程：

S=cA

第二種為“結(jié)構(gòu)要素”的相似性。例如，Lotka-Volterra方程是表征種間競爭關(guān)系的經(jīng)典模型。它具有數(shù)學(xué)形式：

dN/dt=rN(K-N/K)

dN/dt=rN(K-N/K)

除此之外，“相似性”還體現(xiàn)在其他許多方面。多重相似性帶來不必要的麻煩。即便存在生態(tài)學(xué)定律的范例，研究者也難以選擇一個角度和范例充分比較，更難以此“類似關(guān)系”識別其他的生態(tài)學(xué)定律。

對生態(tài)學(xué)研究而言，以“經(jīng)驗(yàn)類似”或“形式類似”作為標(biāo)準(zhǔn)，就會導(dǎo)致謬論。例如，“經(jīng)驗(yàn)相似”對生態(tài)學(xué)定律的抽提非常重要。但是“經(jīng)驗(yàn)”豐富而模糊，需要進(jìn)一步的還原。目前而言，通過經(jīng)驗(yàn)對比識別生態(tài)學(xué)定律，既難以操作，也容易導(dǎo)致其他問題。

與此不同，“形式相似性”比較直觀。從形式相似的角度看，許多生態(tài)學(xué)模型似乎具有似律性。但是，與范例形式相似僅能保證生態(tài)學(xué)模型的數(shù)學(xué)意義，卻不能保證其表征的內(nèi)容類似。無論如何，一個物理學(xué)定律和一個生態(tài)學(xué)定律被視為定律的理由不同。

總體上，生態(tài)學(xué)研究確實(shí)遵循了實(shí)用主義的原則。米切爾認(rèn)為，一個定律的根本在于提供有效的科學(xué)說明，無須考慮其形式如何。如果某經(jīng)驗(yàn)現(xiàn)象總呈現(xiàn)一定規(guī)則性，那么這種高度穩(wěn)定的規(guī)則可以用來說明其他現(xiàn)象?！耙?guī)則”具有某種似律性。規(guī)則的穩(wěn)定程度越高，其似律性越高。根據(jù)“穩(wěn)定性”來判斷似律性，與我們的感性經(jīng)驗(yàn)更為符合。但是生態(tài)學(xué)各種規(guī)則的穩(wěn)定性并不高。如果要為生態(tài)學(xué)定律提供強(qiáng)有力的辯護(hù)，無疑需要提供高穩(wěn)定性的證據(jù)，或者尋找其他的定律標(biāo)準(zhǔn)。

當(dāng)然，雷林內(nèi)等學(xué)者認(rèn)為并不存在絕對穩(wěn)定性。除生態(tài)學(xué)外，還有其他許多學(xué)科，其定律所指涉的“穩(wěn)定性”處于一個連續(xù)譜系的中間地帶。因此，即便生態(tài)學(xué)現(xiàn)象的規(guī)則僅僅相對穩(wěn)定，但也可以進(jìn)行部分程度的科學(xué)說明。

如果將穩(wěn)定性視為科學(xué)定律的標(biāo)準(zhǔn)，那么不同學(xué)科的“具體”標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)有所不同。生態(tài)學(xué)的優(yōu)勢在于其可能包含了多樣化的穩(wěn)定性?；诙鄻踊姆€(wěn)定性，生態(tài)學(xué)應(yīng)當(dāng)有不同的定律形式，對現(xiàn)象的說明形式也隨之不同。生態(tài)學(xué)定律規(guī)范的形式仍需要進(jìn)一步的研究。

從實(shí)用主義的角度出發(fā)，生態(tài)學(xué)能夠揭示部分穩(wěn)定的規(guī)則，因此具備了部分說明的能力。更重要的問題是，目前大多數(shù)的生態(tài)學(xué)研究揭示的僅僅是不同要素的“相關(guān)性”，而非“因果相關(guān)性”。許多規(guī)則揭示了生物和環(huán)境的關(guān)系如何，但是對為什么會產(chǎn)生這樣的關(guān)系缺乏機(jī)制細(xì)節(jié)的補(bǔ)充。相關(guān)性和因果性之間仍然存在一定的差別。

總體而言，米切爾和蘭基(Marc Lange)等人所采取的弱化策略似乎并不成功。無論是規(guī)范定義、還是例示定義，在目前的生態(tài)學(xué)研究中還較少體現(xiàn)。如果遵循實(shí)用的原則，重新給出生態(tài)學(xué)定律的定義，那么生態(tài)學(xué)所揭示的部分“穩(wěn)定性”證明了其部分說明的能力。但是，這種說明效力還比較弱。真正有效的生態(tài)學(xué)說明有賴于對機(jī)制的考察。對生態(tài)學(xué)定律的爭論從定律到似律性，從定律說明到非定律說明，形式要求逐漸弱化，但仍需要承擔(dān)因果說明的功能。生態(tài)學(xué)無須遵循物理學(xué)的說明范式，應(yīng)該形成自己的說明范式，給出說明力的學(xué)科標(biāo)準(zhǔn)。

二、生態(tài)學(xué)非定律說明之機(jī)制說明

生態(tài)學(xué)現(xiàn)象具有典型的復(fù)雜性特征。相應(yīng)地，生態(tài)現(xiàn)象的內(nèi)部機(jī)制也高度復(fù)雜。不同要素相互作用交織在一起，構(gòu)成“因果網(wǎng)絡(luò)”，比如一因多果、多因一果、多因多果等，同時還有時間維度上的多級因果衰減、遞增效應(yīng)等。生態(tài)學(xué)需要說明“因果網(wǎng)絡(luò)”，而非一對一的線性因果關(guān)聯(lián)。同時由于生態(tài)學(xué)系統(tǒng)具有開放性，就導(dǎo)致其因果邊界難以界定，因果節(jié)點(diǎn)關(guān)系復(fù)雜。那么，生態(tài)學(xué)研究者如何闡明這種復(fù)雜的內(nèi)部機(jī)制呢？

這種說明依賴“恒常性”而非定律，屬于非定律說明。所謂“恒常性”是指，在干擾之下，如果目標(biāo)變量的關(guān)系始終恒定，可以認(rèn)為存在“恒常性”。恒常性不等于穩(wěn)定性。恒常性是指改變一個變量的值，其他變量隨之變化的穩(wěn)定趨勢。這需要以“穩(wěn)定性”為前提：無論干擾與否，兩個變量的變化總保持一致。但穩(wěn)定性并不一定意味著關(guān)系的恒常性：改變一個變量的值不一定“引起”另一變量的變化。

對于生態(tài)學(xué)而言，部分研究體現(xiàn)了上述研究策略，但是應(yīng)用仍然有限。原因可以歸結(jié)為三個方面：

本體論方面?；诟深A(yù)主義的視角，對機(jī)制的研究首先需要“操作”或“控制”變量。但是生態(tài)學(xué)的一些基本概念還處于爭論中，例如多樣性、穩(wěn)定性、群落等等。如果變量沒有得到很好的定義，那么就會造成研究對象的不確定。對于那些被較好定義的研究對象，還存在其他難點(diǎn)。生態(tài)學(xué)的研究對象具有整體性特征。例如，種群、群落、生態(tài)系統(tǒng)等。對這樣的對象進(jìn)行干擾，首先就需要考慮變量的選擇問題。對種群而言，種群數(shù)量、增長率、環(huán)境容納量等都可能成為因變量或自變量，這導(dǎo)致最初提出假說，進(jìn)行干擾無從下手，或者容易將不同要素的關(guān)系混雜一起，導(dǎo)致最終可操作性的問題。

認(rèn)識論方面。生態(tài)學(xué)要素的相互作用非常復(fù)雜。這導(dǎo)致“干擾”的盲目性和主觀性。對于改變某些變量的值究竟有何意義，缺乏認(rèn)識論的明確導(dǎo)向。這將導(dǎo)致實(shí)際研究的成本增加。除此之外，盡管干預(yù)主義的方案可以有效識別“變量A和變量B的因果關(guān)系”，但是對于“為什么變量A會導(dǎo)致變量B的改變”還缺乏進(jìn)一步研究。這也是機(jī)制說明的需要解決的核心難題。

方法論方面。當(dāng)前生態(tài)學(xué)的研究尺度多元化。大部分的研究尺度較大。同時，生態(tài)學(xué)研究的對象具有開放性、動態(tài)性等特征。這就造成了可操作性難題，研究者很難施加干擾或控制。對部分變量的控制容易導(dǎo)致研究結(jié)果的不準(zhǔn)確。即便對研究可以施加精確的控制，但由于生態(tài)學(xué)現(xiàn)象的“自然”屬性，其結(jié)果的真值也令人懷疑。

除“干擾”的可操作性外，對恒常的“概括”也引起質(zhì)疑。當(dāng)前的生態(tài)學(xué)研究多采取數(shù)學(xué)建模的方法來表征變量關(guān)系。其中包括了對變量的量化、數(shù)學(xué)擬合等具體過程，最終得到一系列的回歸方程。這些回歸方程與物理學(xué)定律的形式結(jié)構(gòu)類似。無論如何，生態(tài)學(xué)模型的數(shù)學(xué)意義和生態(tài)學(xué)意義不同。這些生態(tài)學(xué)模型的說明力需要得到經(jīng)驗(yàn)上的確證。

三、因果不敏感性與機(jī)制說明

生態(tài)學(xué)較少采取干預(yù)主義的策略，并不僅僅是可操作性的問題。即便采取干預(yù)主義的策略，也需要以“比較穩(wěn)定的關(guān)系”為前提，才能考察“干擾下的變化”，否則任何“概括”都無從談起。換言之，恒常概括也需要以“穩(wěn)定性”為前提。生態(tài)學(xué)中，各要素的關(guān)系并非絕對不穩(wěn)定，而是相對穩(wěn)定。換言之，穩(wěn)定性往往和環(huán)境相關(guān)。在特定環(huán)境下，關(guān)系呈現(xiàn)穩(wěn)定性。伍德沃德稱之為“因果不敏感性”關(guān)系。這是干預(yù)主義的另一操作前提。

實(shí)際研究表明，生態(tài)學(xué)機(jī)制對環(huán)境比較敏感。例如，根據(jù)馬爾薩斯人口增長模型(Malthus Model)可以通過微分方程：

dN/dt=(b-d)N

其中，N為人口數(shù)量，t為時間，b為出生率，d為死亡率。該模型假設(shè)在無限環(huán)境中，種群增長率不變，以及種群沒有增長或遷出等。

如果將人口內(nèi)稟增長率b-d記為r。那么，積分可以得到：

N=Ne

根據(jù)這一模型，可以來進(jìn)行人口增長率的核算，或者進(jìn)行人口增長周期的預(yù)測。在短時間內(nèi)，該模型的說明和預(yù)測有效。但長期來看，雖然種群具有無限增長的潛能，卻也會受到資源量有限等方面的限制。換言之，短期內(nèi)機(jī)制恒定，長期則發(fā)生變化。因此，該模型需要進(jìn)行調(diào)整，以適應(yīng)新的環(huán)境參數(shù)。引入一個新的參數(shù)，即環(huán)境容納量K，就得到生態(tài)學(xué)中著名的邏輯斯諦方程(Logistic equation)：

dN/dt=rN(1-N/K)

結(jié)合該研究，可以發(fā)現(xiàn)生態(tài)學(xué)模型對環(huán)境比較敏感。在非密度制約環(huán)境中，馬爾薩斯的增長模型有效，但在密度制約環(huán)境下，需要引入新的參數(shù)K，進(jìn)行模型的調(diào)整。根據(jù)伍德沃德的觀點(diǎn)，機(jī)制說明需要以“因果不敏感性”為前提。但是，生態(tài)學(xué)所表現(xiàn)出的“因果不敏感性”與此并不矛盾，并不能成為質(zhì)疑生態(tài)學(xué)說明可能性的理由。

生態(tài)要素的關(guān)系并非在任何情況下都不穩(wěn)定，而是相對不穩(wěn)定。在特定的環(huán)境下，可以保持較高的穩(wěn)定性，或者說“因果不敏感性”。馬爾薩斯方程和邏輯斯諦方程都有其適用范圍。在各自的適應(yīng)范圍內(nèi)，它們各自表征了穩(wěn)定的、規(guī)則性的變化模式，故而具有因果說明的效力。如果研究者能夠充分描述“機(jī)制”的背景信息，生態(tài)學(xué)廣泛采取機(jī)制說明并非不可能。

此外，伍德沃德的“不敏感性”并非沒有問題。根據(jù)伍德沃德的觀點(diǎn)，“不敏感性”是指在多數(shù)環(huán)境下變量的關(guān)系可以保持恒定。分析其原因，可能有如下可能：第一，環(huán)境所發(fā)生的變化比較細(xì)微，對因果關(guān)系未造成影響；第二，環(huán)境變化較大，但并沒有可以對機(jī)制產(chǎn)生影響的因素；第三，環(huán)境變化較大，但新舊環(huán)境實(shí)質(zhì)等同。例如，某種群的增長模式可能受到其天敵數(shù)量的影響，但不受其他部分環(huán)境要素的影響?？傊瑢Νh(huán)境的敏感性取決于各變量的生態(tài)學(xué)屬性。這種屬性決定了其相互作用的機(jī)制，以及對環(huán)境的敏感度。因此，對環(huán)境變化的敏感性不能成為反駁生態(tài)學(xué)說明可能性的理由。生態(tài)學(xué)需要在捕捉“穩(wěn)定關(guān)系”的同時，推進(jìn)對生物-環(huán)境的響應(yīng)和反饋機(jī)制的研究，以促進(jìn)對內(nèi)部機(jī)制的認(rèn)識。

結(jié)論

生態(tài)學(xué)可以采取定律說明和非定律說明兩條路徑。就定律說明而言，研究者未就“生態(tài)學(xué)定律是什么”形成共識。即便不以物理學(xué)定律為參照，生態(tài)學(xué)也尚未形成一套規(guī)范，或者給出一個典型的定律，作為其他定律的判斷標(biāo)準(zhǔn)。在目前的爭論之下，通過定律來實(shí)現(xiàn)說明還不現(xiàn)實(shí)。

出于實(shí)用的角度，研究者更應(yīng)關(guān)注說明本身，采取非定律說明的思路。比如采取干預(yù)主義的機(jī)制說明策略，從而對因果機(jī)制予以說明。物種-面積關(guān)系的研究就運(yùn)用了這一策略。這可以視為生態(tài)學(xué)說明力的具體證據(jù)。大部分的生態(tài)學(xué)研究難以被“干擾”或“控制”，因此生態(tài)學(xué)需要尋找更具可操作性的說明方案。

如果說干預(yù)主義未能為生態(tài)學(xué)提供全面證明，但并未否證其他生態(tài)學(xué)說明的可能性。如果“因果不敏感性”或“穩(wěn)定性”是機(jī)制說明的前提，那么生態(tài)現(xiàn)象并非完全不穩(wěn)定，而是相對特定環(huán)境的不穩(wěn)定。生態(tài)學(xué)工作者需要做的，可能并非是尋找不同環(huán)境下的一致性，而是具體環(huán)境所提供的特定因果信息。