科學跨文化主義的案例

如果我們把宏觀和微觀結(jié)合起來思考，那么生命將更有機會抵御氣候變化。

在《論科學中的精確性》（On Exactitude in Science）中，短篇小說家豪爾赫 · 路易斯 · 博爾赫斯（Jorge Luis Borges）描述了一個精通制圖學的帝國。有一張地圖精確到與帝國本身一樣大，但后代發(fā)現(xiàn)它毫無用處。

一張地圖以“點對點”的精度與真實領土對應顯然太煩瑣了。這給科學家提出了一個重要的警告：過分追求自然世界的現(xiàn)實模型可能會事與愿違。

布萊恩 · 恩奎斯特（Brian Enquist）是亞利桑那大學的植物學家、進化生態(tài)學教授，同時也是圣達菲研究所的外聘教授。他很是認同博爾赫斯的觀點。他認為，在科學領域，“精確文化”過于盛行。這包括他自己的生物圈，該領域研究地球上所有生物（包括微生物、植物和動物）之間的相互作用，以及它們?nèi)绾蝿討B(tài)影響其他因素（如大氣和氣候變化），或如何被這些因素影響。

他是最近發(fā)表在《美國國家科學院院刊》（PNAS）上“生物圈的科學預測需要科學文化的整合”一文的第一作者。論文闡述了他和圣達菲研究所的同事所稱的“科學跨文化主義”，旨在整合三種不同的科學文化——“精確文化”“變異文化（側(cè)重于評估特定事物之間的異同）和“粗粒度文化”（試圖通過支配系統(tǒng)運作的一般性原則來簡化問題）。

他們認為，“科學跨文化主義”在生物圈研究中的作用不夠。這很糟糕，因為要避免氣候災難的最壞影響，我們必須了解生命系統(tǒng)的相互聯(lián)系，從而了解事物變化時會發(fā)生什么——畢竟這種變化來得很快。恩奎斯特與地球系統(tǒng)理論家克里斯 · 肯佩斯（Chris Kempes）和物理學家杰弗里 · 韋斯特（Geoffrey West）共同撰寫了這篇發(fā)表在《美國國家科學院院刊》的論文。

恩奎斯特說，他與肯佩斯和韋斯特的合作是科學跨文化主義實踐的一個范例，而不僅僅是跨學科研究，因為他們分別來自不同的文化。恩奎斯特說，他“掙扎和尖叫著，被硬拉進粗粒度更高的方法中”。而韋斯特對此感到自在，肯佩斯則深入研究了當?shù)厣鷳B(tài)系統(tǒng)的精確建模。但他們希望他們在這篇論文上的合作本身能夠成為此類合作研究的典范。

我們采訪了恩奎斯特，他是一位謹慎、細心的對談者，當時他正在旅行。

為什么理解生物圈——地球上所有生命之間錯綜復雜的相互作用——會如此艱巨？

原因有很多。首先，生物圈極其復雜。生物過程在細胞層面起作用，并一直延伸到生態(tài)系統(tǒng)乃至更大的范圍。生物圈與整個地球生態(tài)系統(tǒng)息息相關，包括水系統(tǒng)、大氣、海洋等。

而生物圈之所以復雜，還因為其動力和壓力源自不同方面。我們目睹了氣候的整體變化，也看到了許多由人類自身帶來的壓力——因農(nóng)業(yè)發(fā)展、城市化加速、過度捕撈和狩獵引起的土地利用變化。這些不同的壓力還會相互疊加。此外，還存在許多非線性因素，這些因素之間的相互作用還會帶來許多出乎意料的結(jié)果。

所有這些復雜因素都還不能全面解釋，為什么預測生物圈會發(fā)生什么是如此具有挑戰(zhàn)性。您說科學領域還存在不同文化難以融合的問題，這導致研究更難以取得進展。

是的。我們開始意識到，對于如何從事科學研究，存在三種不同的文化或路徑。

第一種是變異文化。變異文化關注的是理解系統(tǒng)中不同實體和過程的多樣性。

第二種是粗粒度文化。你可以把它想象成物理學家看待世界的方式，即從復雜事物中提煉出簡單性。

最后一種是精確文化，它更注重理解所有錯綜復雜的細節(jié)和關聯(lián)，從而有效描繪系統(tǒng)內(nèi)和實體之間可能存在的種種相互作用。

每種文化都有其優(yōu)點和缺點，尤其是當它們各自獨立運作時。但當它們共同發(fā)揮作用時，這些優(yōu)點和缺點可以增強和促進每種文化的獨特屬性和特質(zhì)。我們認為，其結(jié)果是更敏捷的科學洞察力和更快速地獲取知識。

這些不同的文化在特定領域——例如在您的主要研究方向植物生態(tài)學中——表現(xiàn)如何？

如果我嚴格遵循變異文化，我會從事博物學研究。當我外出時，我會記錄在特定地點看到的所有不同植物，我會記錄它們之間的相似之處和不同之處。變異文化可能專注于收集新物種、鑒定新分布區(qū)或追蹤稀有瀕危物種。變異文化為我們提供了許多有關自然世界的知識，例如識別更容易滅絕的物種。

正如博爾赫斯的短篇小說所述，精確文化將轉(zhuǎn)向更加注重建模框架：讓我們繪制出所有這些不同物種的豐富性與多樣性，以及它們之間的復雜互動過程。我們會提出一些問題，例如，是什么維持了這種多樣性？我們可能會開始思考捕食差異，這種差異可能對一個物種產(chǎn)生負面影響，但對另一個物種產(chǎn)生積極影響。也許我們會創(chuàng)建一個非常復雜的仿真模型。

在粗粒度文化中，受過更多物理學訓練的人會退一步說：“這是一個非常復雜的系統(tǒng)。也許我們可以采取分析方法，寫下控制系統(tǒng)關鍵動態(tài)的主要狀態(tài)方程，而你可能會對這樣的系統(tǒng)感興趣。”也許這就是物種多樣性。這個人還會說，讓我們再簡化一下。也許影響系統(tǒng)總體多樣性的主要因素可能只是溫度。如果地球變暖，也許會加速生物進程。如果溫度對遷徙率有積極影響，但對滅絕率有消極影響，那么我們就可以根據(jù)這些假設，推導出消除風險的方程。然后，還要考慮棲息地面積對物種多樣性的影響。我們將其添加到溫度模型中。這樣，一個預測物種多樣性的模型就誕生了，它與這些變量有關。所以，要從細節(jié)中抽出身來。

但是，在我們對地球生命的動態(tài)過程的理解中，這些文化并沒有共同發(fā)揮作用嗎？

我們要么陷入變異文化或精確文化的泥沼，要么兩者兼而有之，而粗粒度文化則被犧牲。雖然有人嘗試對生物圈采取粗粒度方法，但這種方法必須以變異文化和精確文化為基礎。過去，當這些文化共同發(fā)揮作用時，生物學和其他科學都取得了飛速發(fā)展。

如今，是否有任何科學領域很好地融合了這些文化？

大氣科學和其他地球科學似乎已經(jīng)整合了不同的文化，并使其協(xié)同工作。

在大氣科學領域，粗粒度文化幫助人們構(gòu)建了更簡單、更基本的模型，用于研究化石燃料——尤其是二氧化碳的變化如何影響地球溫度。精確文化則采用這些簡化模型，將其應用于不同的空間尺度，找出這些模型預測的錯誤之處，然后通過加入大氣壓強高低等細節(jié)加以改進。當你添加這些因素時，就可以根據(jù)變異文化進行更詳細的預測，了解水蒸氣、濕度、降雪量和云層的差異如何影響地球的溫度變化。在你擁有所有三種不同類型的輸入數(shù)據(jù)之后，就可以開始進行更詳細的建模。

然后，你就可以利用我們非常成功的地球氣候模型，預測未來在不同的氣候變化情景下，整個地球的溫度和降水的細微變化——不只一二十年，甚至可長達百年乃至更長時間。你還可以追本溯源，反向推測過去的氣候變化情況。這是一個巨大的成功。

可以說查爾斯 · 達爾文在科學生涯中實踐了三種文化嗎？

是的，他確實這樣做了，盡管他沒有為自然選擇和進化論寫下任何方程，甚至沒有畫出圖表。但如果你仔細閱讀他的所有著作，你會發(fā)現(xiàn)他實際上實踐了每一種不同的文化。達爾文尋找貫穿所有生命的一般性規(guī)律。他發(fā)現(xiàn)，如果考慮到指數(shù)級的人口增長和資源有限的事實，那么并非所有個體都能存活。有些個體能夠存活是因為它們更擅長爭奪資源，繁殖能力更強，因此更具適應性。最終的結(jié)果就是自然選擇。這個理論非常精彩、簡練，建基于他對博物學的理解上，并從中得到完善。他還喜歡描繪所有細節(jié)。通過在不同文化之間進行遍歷迭代，他能夠完善整個理論。

您將統(tǒng)一這些文化的努力稱為“科學跨文化主義”。這與使科學研究更加跨學科的努力有何不同？多年來，跨學科研究不是學術(shù)界一直強調(diào)的嗎？

它與跨學科的科學研究有很大不同?？茖W跨文化主義不僅涉及將不同學科的專業(yè)知識相結(jié)合，還涉及將潛在哲學和方法融合到一個連貫統(tǒng)一的框架中。在跨學科的科學研究中，你將經(jīng)濟學家和生態(tài)學家聚集在一起，或者將社會科學家與從事保護生物學的人聚集在一起。但是，僅僅由于你將來自不同學科的人聚集在一起，并不意味著他們來自不同的科學文化。

他們可能都來自變異文化或粗粒度文化。

沒錯，這很好。當來自同一科學文化背景的人彼此交流時，可能會感覺良好。但如果你真的想要抵達更深層次的理解——能夠讓你開發(fā)出更具預見性的解決方案，那就需要整合這些不同的文化。

您說，讓生物圈模型越來越逼真可能會適得其反。但更逼真的模型不是更有用嗎？

嗯，看起來確實如此，對吧？但這會產(chǎn)生很多問題。建議你看看博爾赫斯的短篇小說。我們在模型中添加了更多的變量和要素，比如光的作用，光對森林生長的影響等。我們獲得了很多細節(jié)，這是件好事，因為有助于鞏固我們對復雜性的理解。

但通常的情況是，隨著模型變得越來越復雜，預測也變得愈發(fā)難以捉摸。你不知道這是否與測量的不確定性有關，還是與模型的復雜結(jié)構(gòu)有關。

隨著模型的復雜性增加，誤差和要素間相互影響也會以奇怪的方式傳播，理解它們在事實上變得更加困難。它們甚至在某種程度上形成了自己的生態(tài)系統(tǒng)。這不是開玩笑?，F(xiàn)在的期刊大多關注生物圈或生態(tài)學的復雜模型，對模型背后的真實自然世界缺乏關心。

您建議科學家如何重啟科學跨文化主義？

重要的是，要認識到自己最適應哪種文化。還有一點也很關鍵，要幫助學生理解，對復雜問題的解決存在著不同方法，而這些方法亦有優(yōu)劣之分。特別是生物學系，應該培養(yǎng)一種將粗粒度思維、詳細觀察和具體模型緊密結(jié)合的文化。為了應對社會面臨的重大挑戰(zhàn)，僅僅進行跨學科研究是不夠的。

資料來源 Nautilus

本文譯者朱昱海是浙江工業(yè)大學馬克思主義學院講師，從事科學思想史、博物學史研究。