生物学各个领域之间是密切相关的,这个想法很简单,但是在实际执行上,我们仍会遭遇到我在这章开始时提到的有关迷宫的困难问题。当更多关联建立起来时,各学科也就能更圆满地由上贯通到下,由实体中最特殊的部位(例如阿玛林果的大脑)一路贯通到最普遍的分子和原子。但是,以相反的方向来建立融通性,也就是由普遍到特殊,相形之下却困难许多。简单地说,分析阿玛林果要比综合阿玛林果容易得多。
利用综合法来达成融通的方法,经常被随意地称为“整体论”(holism)。这个方法所面对的最大的阻碍是,当我们由下往上沿着不同的组织层次前进时,所遇到的复杂程度将沿指数曲线上升。我已经描述过,光凭对细胞内分子和原子的零散的知识,我们无法预测整个细胞的功能。让我在这里进一步指出,这个问题有多么困难。我们即使对某种蛋白质的组成原子具有完整的知识,也不可能预测它的三维空间结构,但我们可以决定蛋白质中的氨基酸成分,而其中每个原子的位置也可以借由X射线结晶学准确测定出来。胰岛素是最简单的蛋白质之一,是含有51个氨基酸的球形分子。能够重建这个分子的结构,是化约主义生物学的许多成功事迹之一。但是反过来,若只知道这些氨基酸的排列顺序和其中的组成原子,并不足以预测出这个分子的形状为球形,也无法像X射线结晶学那样显示出分子的内部结构。
对蛋白质的形状做推测,原则上是可能的。高分子(macromolecule)层次的合成是技术上而不是观念上的问题。解决这项问题,其实是生物化学上的一个重要课题,而具备这样的知识,将是医学上的重要突破。我们能以人工合成蛋白质,来抵抗引起疾病的生物体以及弥补酶的短缺,而且有些合成蛋白质可能会比天然的分子更为有效。但是,我们实际面对的困难,好像几乎无法克服。为了推测,我们首先得把所有邻近原子之间的能量关系综合起来。光要处理这些能量就令人畏惧,但接着还要加入分子内相距较远的原子之间的交互作用。塑造分子形状的作用力,构成了极其复杂的网络,其中包含数千项能量,而每一项都必须同时加以考虑,才能合成一个总体。有些生化学家相信,为了要完成最后这个步骤,每一项能量的计算都必须达到目前物理科学还无法掌握的精确度。
更大的困难出现在环境科学上。生态学在可预见的未来将面临莫大挑战,即是把生态系统中的生物体组织拆开后再重新加以组合,尤其是河口和热带雨林这类最为复杂的生态系统。一个典型的栖息地上包含有数千种生物体,但是大多数的生态学研究一次只针对其中的一两种。研究人员受到实际需求的限制,被迫在研究中采用化约主义,只从整个生态系统中的一小部分着手。不过,他们心中却很清楚,每一种生物的命运是由其他几十或几百种生物的多样行为所决定,比如光合作用、食叶、吃草、分解、狩猎或被捕食,或是在目标物种附近翻耕土壤。生态学家对这个原则十分明了,但是仍然无法准确推测出特定情况下的事件。相较于把大型分子中的原子重新排列的生化学家,生态学家所面临的是无法测量的动态关系,而组成这些关系的物种组合多半仍属未知。
让我们看看生态学家在下述例子中所面对的复杂性。加通湖(Gatun Lake)是在1912年巴拿马运河建造时形成的,当时上涨的水位截断了一块高地。覆盖着常绿热带森林的这块孤立新生地,被命名为巴洛·科罗拉多岛(Barro Colorado Island),并成为一个生物研究站。在这之后的数十年当中,它成为同类生态系统中被最密切研究的一个。这个小岛的面积只有17平方公里,容不下美洲豹和美洲狮。这些大型猫科动物的猎物包括刺豚鼠(agouti)和无尾刺豚鼠(paca),以及貌似长耳大野兔和小鹿的大型啮齿类动物。在主要致命的掠食者不存在的情况下,这些动物的数目增加到原来的10倍。它们过度消耗食物,其中多半是从森林树冠层掉下来的大颗种子。结果,生产这些种子的树种,繁殖力和数量都降低了。这个效应向外继续扩张。那些种子太小而无法吸引刺豚鼠和无尾刺豚鼠的其他树种,会因为大种子树种的竞争力下降而获利。于是它们的种子大量散布,幼苗茁壮成长;大多数幼树都能达到成年的高度,并且进入繁殖年龄。不可避免地,专门依靠这些小种子树种存活的动物,会因而繁盛起来,捕食这些动物的掠食者数目会增加,寄生在小种子树种和相关动物身上的真菌和细菌,也会因此向外扩散。食用真菌和细菌的微型动物的密度会增加,而这类生物的掠食者也会相继增加……这个生态系统因为土地面积的局限,以及随后消失的肉食动物,而在整个食物网上造成循环不息的影响。