亞里士多德生物學

亞里士多德生物學該理論描述了五個主要的生命活動，即新陳代謝、體溫調節、資訊處理、胚胎形成和遺傳。每種生命活動的研究都已相當完整，足以使現代生物學家在此基礎上建立相關的數學模型。亞里士多德的調查方法類似於現代生物學家在研究一個新的領域時所用的方法，即系統地收集資料、發現自然規律及其執行模式，以及根據既有發現得到相關結論和推論。亞里士多德沒有進行現代意義上的實驗，但是有對動物進行解剖並觀察。他命名了大約500種鳥類、哺乳動物和魚類：區分了幾十種昆蟲和其他無脊椎動物；描述了超過一百種動物的身體構造，並解剖了其中大約35種。亞里士多德是科學史上首個在其著作中系統描述生物學的人，其生物學理論分散在諸多著作之中，佔了總量的四分之一。他在生物學上的代表性著作有《動物志》以及大量遺失在歷史發展歷程中的解剖圖紙。除了他的學生泰奧弗拉斯托斯拒絕接受亞里士多德的主張。科學界對他理論上的錯誤和關於其理論的二手資料的批評持續了數個世紀，但動物學家們對他學說的接受度較高，他在海洋生物學中的一些被長期嘲笑的觀察結果在現代也被證明是正確的。與前文相關.相關背景.亞里士多德。形質說.亞里士多德的生物學理論構建於的基礎上。形質說源自於柏拉圖的理型論，但與它大相徑庭。柏拉圖的理型是永恆而又固定的，是「上帝心中的藍圖」。在柏拉圖看來，世界上的一切真實的事物不過只是這些完美理型的仿製品。亞里士多德繼承了柏拉圖的想法，並將其發展為一套具有三個生物學核心觀念的理論。他用一個相同的希臘單詞εἶδος(eidos)來描述所有動物身上可見的第一特徵，他也用另一個詞γένος(génos)來劃分一個種類。例如，在他的描述中，擁有鳥喙、翅膀、卵具有堅硬外殼以及血液溫度較高的動物統稱為鳥類。亞里士多德進一步指出，在鳥類這一個大類下，還能細分出很多小的分支，如鶴、鷹、烏鴉、鴇、麻雀等均屬於鳥類，與此相同，魚類也具有許多的分支。但有時某些類群無法再細分，比如說人類：人類個體之間普遍存在差異，但都具備人的基本特徵。最後，亞里士多德發現，子代。亞里士多德曾明確指出，他曾經制作大量的木雕，希望能從另一個角度來研究這些過程。受古希臘四元素學說的影響，亞里士多德強調，人和動物的軀體是由土、火等元素構成的，這些元素有序的組合，創造了生命、意識、還有型質。系統.將靈魂視作生命系統的終極存在形式.進化生物學家阿曼達·列洛伊分析指出亞里士多德生物學所定義的動物包含五個彼此相聯絡的特徵。⒈生命程序中存在新陳代謝，動物在其發育過程中從外界吸取營養、並將這些營養成分用於生長，生存和繁衍。⒉動物能夠透過內環境穩態維持其體溫，然而這種能力會在老年時逐漸退化。⒊動物透過感官感受外界資訊，經過大腦處理以後能對外界刺激做出反應。在這一事實的基礎上，亞里士多德認為感官和思想分別屬於不同的體系，這與除阿爾克米翁以外的古希臘哲學家的觀點不同。⒋代際之間存在遺傳效應。⒌動物透過產生胚胎並孕育繁衍種群。這五個基本特徵的集合被亞里士多德稱作“靈魂”。“靈魂”沒有一個準確的定義，但被亞里士多德稱作“靈魂”的系統卻切切實實由這些物理存在的事物組成。在亞里士多德的論述中，“靈魂”隨著生物的死亡而消散，因此這被認為是純粹的生物學研究。不同的生物體內寄宿著不同的“靈魂”。植物擁有枯寂的“靈魂”，僅僅負責生長和生產。動物不僅擁有植物的“靈魂”，也具有感性的動物“靈魂”，動物“靈魂”既可以支援動物生長發育，可以驅動其身軀運動，也可以幫助它去感受周遭，感受喜怒哀樂；而人類的“靈魂”是最特殊的，人類的靈魂使人得以像植物那樣支援自身發展，像動物那樣運動和感受，同時給予了人理性思考的能力，人能夠思考現狀，反省過往，並對未來做出抉擇。生命程序.新陳代謝.亞里士多德透過描述新陳代謝的過程來解釋生物是如何利用從外界吸收的營養物質來構建自己的身體以及維持生命活動。在其著作《動物的身體組成》中，四足動物的代謝方式可以用一個開放的模型來描述，該模型強調動物透過血液的流通將養料，氧氣和熱量送往全身各處。亞里士多德提出的新陳代謝系統的工作原理如下。生物攝入的養料和食物，透過一系列反應，最終溶解在血液等體液中。廢物和膽汁等以糞便的形式排出體外。這些食物中所蘊含的火元素被釋放出來，用以維持體溫。大部分血液參與肉的組成。其餘的血液部分參與組成其他的基礎組織，比如說骨頭、牙齒、結締組織和肌肉，部分合成脂肪，既有像豬油一樣的硬脂肪，也有像植物油那樣的軟脂肪。而全身上下都有一部分脂肪最終會被用於製造精液。在亞里士多德看來，生物體內的各種組織都是完全均勻的，組織內部沒有任何結構。例如，動物的軟骨組織自生來便是定型，不發生改變。這與德謨克利特層面。這些均勻的組織可以按照亞里士多德提出模式進行分佈，例如，從最寒冷最乾燥的地方，比如頭髮，到最溫暖最溼潤的地方，比如說乳汁。在新陳代謝的各個階段，產生的廢物都會透過糞便、尿液和膽汁的形式排出體外。體溫調節.亞里士多德透過描述體溫調節的過程來解釋動物，亞里士多德在此基礎上還提出了一些猜想，如動物體溫的理想值，用以判斷動物體溫是否正常，以此對動物病情進行診斷。亞里士多德所描述的體溫調節系統的工作原理如下：動物體內的熱量在不斷地流失。攝入的食物透過血液迴圈流至心臟，並在一系列反應後轉變為血液，進而在新陳代謝中釋放出讓血液變得滾燙的火元素。這使得心臟周圍的溫度提高，肺葉擴張，進而增加氣管的通氣量，從外界吸入空氣。而外界的冷空氣卻使得心臟附近的溫度降低，肺葉收縮，而血液的溫度漸趨正常。該機制只在空氣溫度比大氣溫度參考值低的時候才起作用。如果氣溫高於參考值，這個機制便會轉變為正反饋調節，生物體內的生命之火便會熄滅，死亡接踵而至。亞里士多德所描述的體溫調節機制能夠抑制生物體溫的不正常波動，然而，他預計他所定義的這個系統在額外條件限定或者是非線性反應的情況下會與實際情況有偏差，一些偶然因素也可以導致肺葉振動。資訊處理.亞里士多德提出的資訊處理模型曾被稱作“集中式傳入和運動傳出模型”,他企圖透過此模型來解釋自然變化對動物行為模式的影響。亞理士多德所描述的資訊處理系統的工作原理如下：他認為動物的資訊處理中樞是心而不是大腦。生物的感覺器官在探知到一個物體時會高度興奮，這使得動物的感官對外界環境的認知發生變化，而這反過來使心臟周圍的溫度發生變化，同時，心臟處產生的熱量使其有能力將血液傳至全身，進而引起動物身體的運動。亞里士多德認為心臟周圍熱量的變化會引起關節發生一致性的變化，這有利於動物的運動。因此這裡存在一個分級調節，從最初的感覺器官開始，將資訊傳遞至資訊處理器官，進而將引起生物體變化的資訊傳遞至全身，使動物運動。這類似於現代科學界對於動物資訊處理的理解，例如在感覺-運動耦合中。遺傳.亞里士多德的遺傳模型試圖去解釋親代的特徵如何在子代身上表現以及環境對生物性狀的影響。他的遺傳模型的工作原理如下：父親分泌的精子和母親分泌的卵細胞中含有指導子代生長發育的資訊。比如說子代有可能繼承親代的某些面部特徵。該模型是不對稱的，特別強調了父系遺傳對子代性狀和行為模式的影響。然而子代性狀是父系和母系兩方的遺傳物質共同指導，在有性生殖中母親因為細胞質遺傳的原因，子代所攜帶的母系遺傳物質甚至多於父系。亞里士多德認為在人類性交過程中，男性分泌的精液和女性分泌的卵細胞數量必須達到某種比例。他認為，如果精液的數量過少，那麼卵細胞不能獲得足夠的使之啟用的能量，這樣生下來的孩子就會是男孩，反之就是女孩。在此基礎上，他認為遺傳是獨立的，如只能是一種性狀到一種性狀，和後世的遺傳學之父——孟德爾說法類似，而不像希波克拉底那樣認為遺傳是連續且混合的。亞里士多德認為孩子的性別可能受溫度因素的影響，比如說天氣，風向，飲食還有父親的年齡。他認為如果父親的精液具有足夠的活力，那麼這對夫妻就會收穫一個同樣活潑而強壯的兒子，相反，就會收穫一個和母親一般的女兒。胚胎形成.亞里士多德提出的胚胎模型試圖去解釋親代的遺傳物質如何作用於子代以及胚胎的發育過程。胚胎模型的工作原理如下：首先，父親分泌的精液凝固了母親分泌的體液，最終形成胚胎，據亞里士多德描述，就像用凝乳酶的方式來發育。而“肺氣腫”使胚胎實現了首次心跳，進而運送血液滋養器官，這對其他器官的發育來說也至關重要。他認為心臟是胚胎中第一個發育的器官，爾後其他器官開始發育。研究方法.亞里士多德的研究方式被後世的哲學家如弗朗西斯·培根批評為不科學的，他們提出了至少兩點理由：1、他的研究風格並不嚴謹；2、他對事物的解釋多有偏差。他的解釋存在諸多前後矛盾之處。然而，凡事不能一概而論，這些批評必須考慮到亞里士多德本人所處的時代和當時的科學發展水平。由於缺少現代的資料呈現方法，他收集的很多資料都無法體現其應有的作用。例如整個《動物志》第六章都建構在他對鳥類的觀察筆記中，而現在這些資料則是記錄在《自然》的一個表格裡，還有眾多的網上資料收集平臺中。科學風格.亞里士多德並沒有做過現代意義上的研究，他的研究方式較如今格局較小且比較極端。例如，為完成《動物的繁衍》(英文：Generation of Animals)一書中關於胚胎髮育的部分，他直接找到發育中期具有器官雛形但尚未成熟的雞蛋，將其剖開，藉此來觀察胚胎的心跳。然而他的研究風格與現代是很相似的：他系統地收集資料，以此來推斷出整個動物群體中共同的行為模式，並仔細分析其中潛在的因果關係。這種研究方法在如今的生物學研究中依然被沿用，尤其是那些需要大量收集資料的新領域中，如基因學。他的研究中有很少是透過實驗確切得出的結果，但提出了大量可以被驗證的假說，並構建了大量模型，對目前所知曉的事實進行敘述性解釋。從這個角度來說，亞里士多德的研究方法是科學的。研究生命機制和類比.亞里士多德對諸多事物前後矛盾的解釋被認為是“在根本上不科學的”。法國劇作家莫里哀在1673年的劇本《虛構的殘疾人》中描繪了一個以亞里士多德為原型的庸醫阿甘，此人在劇中平淡無奇地解釋說：“鴉片正是因為睡眠的原理所以會讓人睡眠。”然而阿甘的話語是空洞的，站不住腳的。然而亞里士多德則是真正提出了生命的運作機制，尤其是他對生命形式界定的五個特徵，至今未被推翻。他甚至將他所觀察的生物特徵類比到非生物上，在一定程度上對自然哲學的發展做出了積極影響，如風箱的拉動，玩具車的運動，水透過多孔，木偶運動等等。處理複雜的因果關係.亞里士多德曾提出“四個要素”來解釋物體的形成與變化，然而，因為其在描述時所用語言過於含糊，導致後世對其理論的解釋亦是紛雜不堪，難有定論。然而，對於生物學來說，這些已經夠用了。物質要素，則只討論系統的發展和變化：而在現代，這部分屬於生物發育學和物理學的範疇。現在，生物學家們通常也用這些要素來解釋自然現象。實證研究.亞里士多德是第一個系統研究生物學的人。他花了兩年時間在萊斯博斯島上獲取和分析當地及其周圍海域的動物族群的有關訊息，尤其是在皮爾哈瀉湖和萊斯博斯島中心區域。他收集的資料多，有的來自他自己的觀察，有的來自專業人士比如養蜂人或是漁夫，這兩者佔了資料的絕大部分。他也從來自海外的旅行者那裡獲得大量訊息，只是很多顯得不那麼牢靠。他對鯰魚、電魚所涵蓋的範圍大約為現代生物學分類中的軟骨魚類。除此之外，他還準確描述了反芻動物的四腔胃，以及角鯊胚胎的發育過程。他對大約35種動物體徵的描述十分詳細，這讓現代生物學家們堅信他曾做過大量的解剖工作，甚至是活體解剖。他在著作中提到過大約110種動物的內部解剖構造。分類.亞里士多德在其著作《動物志》和《動物的組成》中記錄和辨析了大約500種鳥，哺乳動物和魚類。他建立的分類系統在分類學上具備開創性意義，對分類學後世兩千餘年的發展影響深遠。亞里士多德將體內擁有與人類似的血液的動物稱作因咍瑪，如今被稱作無脊椎動物。宏大的規模.亞里士多德在《動物志》裡指出，所有的生物，它們內部的組織器官等的排布方式都是完美的，因而得以實現各種各樣的功能。它們從無機礦物中衍生而來，走過了植物和動物的歷程，並最終孕育出人類這一自然之子的存在，形成了宏大的自然規模。它們也在能量蘊量上從高到低排列：從溫潤的子宮裡出生的生物到乾冷的卵裡出生的生物。然而，亞里士多德對此很謹慎，他從未宣稱某個生物族群完全符合其生物等級中的所有特點，他知道很多生物具備相似的特點，因而他們應當屬於同一個生態位。影響.對西奧弗拉斯托斯的影響.亞里士多德在呂刻昂一樣。對古希臘醫學的影響.在西奧弗拉斯托斯之後的一段時間裡，亞里士多德的理論依舊在雅典影響深遠，為人們所深信。直到托勒密統治下的亞歷山大時代，生物學才又有了突破和進展。亞歷山大時代的第一位醫學導師，迦克頓的希羅菲洛斯，修正了亞里士多德的理論：他在大腦的執行中加入了“智力要素”、用神經系統來聯絡動物對外界的感知和大腦做出的反應。希羅菲羅斯還將血管分成了動脈和靜脈，並指出前者存在規律性的脈動而後者沒有。對伊斯蘭世界動物學的影響.在中世紀，許多古希臘語古典著作，包括亞里士多德的一干著作，被翻譯為古敘利亞語，接著被翻譯為阿拉伯語，最後被譯為拉丁語。因而亞里士多德在之後的兩千年裡一直是影響力最為重大的生物學家。9世紀時的阿拉伯著作《動物之書》曾對《動物的組成》和《動物的繁衍》作出評論，阿伍累羅斯批評了阿維佩斯對其的理解。對中世紀科學的影響.1085年，基督徒莫爾斯六世將亞里士多德的理論與基督教教義聯絡起來：阿拉伯世界將亞里士多德的理論視作嚴謹的科學，認為實驗是檢驗真理的唯一標準，並在自己的知識體系中加入大量他的研究成果；而阿奎納斯則單純將亞里士多德的研究視作一種理論性的工具，並賦予其神學色彩，將其與中世紀經院哲學聯絡起來。經院自然哲學的課程裡省去了他的大部分的內容，但包含了《論靈魂》。對文藝復興時期科學的影響.歐洲文藝復興時期的動物學家們主要在兩個方面利用亞里士多德的理論。尤其是在義大利，學者例如彼得羅·龐波納齊，在其中列舉了亞里士多德對動物的諸多觀察，並辯駁其中的民間傳說內容，助力了現代生物學的建立。現代早期科學對其的批判.近現代科學曾對亞里士多德進行全盤否定，他的研究被認為是過時的、呆板的以及完全錯誤的，的理論與中世紀哲學的聯絡對他沒有絲毫幫助。1632年，伽利略在其著作《兩個主要世界體系的對話》證實了血液迴圈，亞里士多德的部分理論被證偽。直到20世紀，亞里士多德都是偽科學的代表。勒羅伊指出，1985年，彼得·梅達瓦爾用“純粹的十七世紀”的強調說：“亞里士多德利用他的主觀臆斷，創造出奇怪的，通常會令人感到十分反感的道聽途說。不完美的觀察、一廂情願地認為和輕信，相當於完全的愚昧。”19世紀中期重回人們視野.19世紀的動物學家們比如喬治·居維葉所說，亞里士多德在任何情況下都堅持獲得性遺傳和神造論，否認自然選擇。達爾文認為亞里士多德是生物學發展早期最重要的先驅。在1882年的一封信中，他寫道：“儘管研究的方向並不相同，但林奈和居維葉曾經是我心中的聖賢，但現在看來，在亞里士多德面前，他們只不過是牙牙學語的小學生罷了。”20和21世紀再次受人重視.早期科學界的動物學家們在很長一段時間內嘲笑亞里士多德理論的謬誤之處和他那不甚靠譜的二手資料。然而，現代科學則證實了，亞里士多德許多看似驚人的發現和說法是正確的，例如，大象在潛水的時候會把鼻子伸至水面來吸氣，章魚遇到的時候會改變體色來偽裝。亞里士多德被現代科學家們認為是“生物學之父”：海洋生物保護協會指出，他確立了甲殼類動物、棘皮動物、軟體動物和魚類的定義及分類依據，證明鯨目動物是哺乳動物，並證實了海洋脊柱動物即存在卵生的，也存在胎生的。但他依舊給現代科學留下了大量的疑問。進化生物學家阿曼德·勒羅伊的概念始於亞里士多德。而對同源性最著迷，思考程度最深的人也是他，他被自然世界所深深吸引，並對其中萬千煩煩感到疑惑。”研究成果.亞里士多德沒有攥寫過任何現代意義上的生物學教材，相反的，他只是寫了大量的“書”，他的研究在他的著作中並不集中，但所有的書加在一起，便形成了一門高度關聯的、嚴謹的科學理論，亞里士多德本人的科學態度也在其工作中有所體現。他的著作彼此關聯，相互參照。比如說，他的解剖圖紙在流傳中丟失了，而在《動物志》裡，他告訴他的讀者應該如何來解讀和分析這些圖表。亞里士多德生物學的主要內容是以下五本書，這些書有時會與《論動物》劃為一類，同時，名稱也按照傳統習慣進行縮寫：以及《靈魂論》(De Anima) (DA)此外，亞里士多德還創作了自然哲學方面的七篇短論文，主要與生物學有關，它們是：