分子生物学（三）
2.2 信息
信息语言在分子生物学中经常出现。基因作为碱基的线性DNA序列，被认为携带着产生蛋白质的“信息”。在蛋白质合成过程中，信息从DNA“转录”到信使RNA，然后从RNA“翻译”到蛋白质。关于遗传，人们常说，代代相传的是基因中的“信息”，即碱基沿互补DNA链的线性排列。自信息论被引入以来，生物学史学家一直在追踪其在分子生物学中的根深蒂固（Kay 2000）。
生物哲学家面临的问题是，对信息概念的分析能否捕捉该概念在分子生物学中的各种使用方式（例如，Maynard Smith 2000）。“信息”在数学通信理论中的用法过于贫乏，无法捕捉其在分子生物学中的用法。因为DNA中的编码序列不仅仅是一个由若干比特组成的信号，其传输可能准确也可能不准确（Sarkar 1996b,c；Sterelny and Griffiths 1999；Shannon and Weaver 1949）。相反，认知神经科学中关于“表征”（例如Crick 1988）的讨论，其用法可能过于丰富，因为DNA中的编码序列本身并不代表整个生物体（Kölv 2020），甚至也不代表蛋白质的结构（Darden 2006b）。分子生物学中“信息”的定义尚未得到生物学哲学家的广泛支持。
Stephen Downes（2006）有助于区分信息与自然界之间关系的三种观点：
信息存在于DNA和其他核苷酸序列中。其他细胞机制不包含信息。
信息存在于DNA、其他核苷酸序列和其他细胞机制中，例如细胞质或细胞外蛋白质；也存在于许多其他介质中，例如胚胎环境或生物体更广泛环境的组成部分。
DNA和其他核苷酸序列不包含信息，任何其他细胞机制也不包含信息。
这些选项可以从本体论或启发式的角度解读。例如，对(1)的启发式解读认为，分子生物学中关于信息的讨论有助于提供一种讨论方式并指导研究。因此，无需对其本体论地位做出任何承诺，即可维护信息概念的启发性优势(Sarkar 2000)。事实上，有人可能会认为，模糊且开放地使用信息对于启发式目的很有价值，尤其是在一个领域发展的早期发现阶段。哲学家们对生物学中信息概念的讨论也集中在其本体论解读上。三种不同的信息哲学阐释可作为唐斯三个范畴的典型代表。乌尔里希·斯特格曼（Ulrich Stegmann，2005）通过对模板导向合成的分析，为唐斯第一个范畴提供了一个例子。（斯特格曼明确地承认，除核苷酸序列之外的其他成分也可能包含他所谓的指令性信息。然而，他唯一的例证是一个涉及酶沿膜线性排列的思想实验；目前尚不存在此类信息，甚至不太可能存在。）斯特格曼将此称为序列化观点。斯特格曼对遗传信息的指令性阐释要求携带信息的成分满足以下条件：预先指定执行步骤的种类和顺序，这些步骤如果执行，将产生确定的结果。根据他的论述，DNA可以作为复制、转录和翻译的指令性信息载体。碱基序列提供了顺序。特定碱基与遗传密码之间的氢键提供了特定类型的步骤。复制、转录和翻译机制会产生特定结果：DNA双螺旋结构的拷贝、mRNA以及氨基酸的线性排列。此外，由于DNA携带特定结果的信息，因此在机制运作以产生该结果的过程中可能会发生错误；因此，Stegmann的解释允许存在错误和纠错机制（例如纠正DNA突变的校对机制）。有关此主题的更多信息，请参阅“生物信息”条目。
Eva Jablonka (2002) 提供了Downes第二类的一个例子。她认为信息无处不在。她对信息的定义如下：当一个解读接收者能够以功能性的方式对信息来源的形式（及其变体）做出反应时，该信息来源就成为信息输入。她声称该定义具有广泛的适用性。她认为，该定义不仅涵盖源自环境线索的信息，也涵盖源自进化信号的信息，并要求比较不同类型的遗传系统（包括遗传系统、表观遗传系统、行为系统和文化象征系统）中的信息传递。根据这一观点，基因并不具备理论上的特权信息地位（Jablonka 2002: 583）。
与 Downes 的第三类观点一致，C. Kenneth Waters 认为信息在修辞语境中是一个有用的术语，例如，通过声称 DNA 携带信息来寻求 DNA 测序的资金。然而，从本体论的角度来看，Waters 认为，阐明 DNA 的因果作用并不需要信息的概念。他认为，基因不应被视为“非物质的信息单位”（Waters 2000: 541）。正如下文2.3节所述，Waters关注的是DNA片段，其因果作用是遗传机制中实际的特定差异制造者（Waters 2007）。无需讨论信息；仅讨论因果作用和功能就足够了。（更多关于Waters的观点，请参阅“分子遗传学”条目；其他类似观点的作者，请参阅Morange 2020；Sustar 2007；Weber 2005，2006。）更概括地说，Oliver Lean（2020）认为，结合特异性的概念是许多分子相互作用（包括酶与底物、转录因子与DNA结合位点、抗体与抗原之间的相互作用）的特征，DNA和RNA）与“因果选择问题——即挑选出导致某个结果的一个或多个原因作为‘唯一’原因，或特别相关或重要性的原因”密切相关，并可能提供相当于理想干预的方案。
2.3 基因
经典的孟德尔遗传学是否可以（或已经）被归结为分子生物学（将在下文3.1节中讨论）这一问题，促使哲学家们思考他们共同使用的术语“基因”的关联性。对基因归结和科学变革的研究提出了基因概念如何演变的问题，这一问题在C. Kenneth Waters（1990、1994、2007，参见“分子遗传学”条目）、Philip Kitcher（1982、1984）和Raphael Falk（1986）的著作中都占有重要地位。然而，随着时间的推移，关于基因概念的哲学讨论逐渐发展壮大，哲学家们提出了一些独立于还原论争论的问题：什么是基因？DNA 是否存在因果上的独特之处？（参见基因条目）
福尔克（Falk，1986）明确地向生物学哲学家和历史学家提出了一个问题：“什么是基因？” 基因重叠、基因分裂和可变剪接等发现（详见1.2节）表明，简单地将基因等同于一段连续的DNA片段，已无法捕捉基因表达等机制中复杂的分子发育细节（Downes，2004；Luc-Germain、Ratti 和 Boem，2015）。为了回答福尔克的问题，哲学文献中出现了两种普遍趋势：第一，区分多个基因概念，分别捕捉复杂的结构和功能特征；第二，重新思考一个统一的基因概念，以涵盖这种复杂性。（有关哲学家们所捍卫的基因概念的综述，请参阅 Griffiths 和 Stotz 2007、2013；Rheinberger 和 Muller-Wille 2018。相反，关于为什么哲学家应该停止研究“什么是基因？”这个问题的论证，请参阅 Boem 等人 2016。）
第一行的例子来自 Evelyn Fox Keller 对基因作为结构实体和功能实体的区分（Keller 2000）。结构基因概念指的是有序的 DNA 序列，通常对应于单个蛋白质或单个结构性、催化性或调控性 RNA 分子。相比之下，功能基因概念指的是产生表型的实体，其中包括基因组的其他部分。例如，调控 DNA 片段（它们不编码蛋白质）决定了蛋白质的生成时间和地点。由于它们在表型表达中起着因果作用，因此被纳入功能基因概念。（伦尼·莫斯（Lenny Moss，2001，2002）提供了另一个基因概念划分的例子。）
另一种将基因概念化的哲学方法是重新思考一个单一的、统一的基因概念，该概念能够捕捉分子发育的复杂性。例如，伊娃·诺伊曼-赫尔德（Eva Neumann-Held，1999，2001；格里菲斯和诺伊曼-赫尔德，1999）声称，“过程分子基因概念”（PMG）涵盖了复杂的发育复杂性。在她统一的观点中，“基因”一词指的是“导致特定多肽产物在时间和空间上受调控表达的重复过程”（Neumann-Held，1999）。近期，弗朗西斯卡·贝拉齐（Francesca Bellazzi，2022）主张一个更加灵活、更依赖于具体情境的基因概念。根据贝拉齐的观点，基因是弱涌现的实体，既具有关系性，又具有时间性。具体来说，基因在转录过程中从DNA的精确片段中产生，而转录过程发生在周围环境中复杂机制运作的背景下。（Falk (2001) 提供了另一个基因概念统一体的例子。）
与此相关，哲学家们也对DNA的因果独特性进行了争论。尽管人们普遍认为表型是由DNA片段以及基因表达中涉及的所有其他发育资源引起的，但对于如何衡量所有相关因素的因果贡献的重要性仍存在分歧。“因果平价论”的支持者认为，所有参与表型产生的发育资源都应被视为同等重要（Griffiths and Knight 1998；Griffiths and Stotz 2013；Robert 2004；Stotz 2006）。相比之下，支持遗传物质“因果特异性”的人认为，能够更精确地控制其效应，使遗传物质有别于其他生物成因 (Griffiths et al. 2015; Waters 2007; Weber 2017)。Waters 首次对因果奇偶性论题做出了颇具影响力的回应，其依据是他对“潜在”和“实际差异制造者”的区分。根据 Waters 的观点，DNA 具有因果独特性，因为它满足成为实际差异制造者的条件（有关此区别的更多信息，请参阅“分子遗传学”条目[此处链接到“分子遗传学”条目]）。
与 DNA 因果独特性争论相关的问题是如何对所谓的“垃圾 DNA”进行分类。大多数生物学家和生物哲学家并不认为“垃圾 DNA”与编码 DNA 具有因果同等性。因为垃圾 DNA 的突变不会影响功能（尽管关于垃圾 DNA 非编码功能的另一种解释，请参见 Doolittle 2013）。然而，Joyce Havstad 和 Alexander Palazzo (2022) 认为，尽管垃圾 DNA 典型地扮演着非功能性角色，但它仍然符合成为实际差异制造者的标准。但是，由于垃圾 DNA 不被认为与编码 DNA 具有因果关系，这表明 Waters 对编码 DNA 因果区别的解释是不完整的。根据 Havstad 和 Palazzo 的说法，缺少的要素是“因果范围”和“因果效力”。虽然垃圾 DNA 确实可以产生因果特定的近因效应，但其因果特异性限制了范围和效力，这就是为什么它在因果关系方面不被认为与编码 DNA 具有同等水平的原因。尽管如此，Havstad 和 Palazzo 认为，垃圾 DNA 与编码 DNA 的因果关系的减弱并不会降低其在细胞内的重要性。
3. 分子生物学与一般科学哲学
除了分析该领域的关键概念外，哲学家们还运用分子生物学的案例研究来探讨科学哲学中更普遍的问题，例如还原、解释、外推和实验。对于每一个哲学问题，来自分子生物学的证据都会引导哲学家们去理解解决该主题的机制概念。
3.1 还原
还原可以根据被还原的对象以多种方式理解（参见“科学还原”条目）。理论还原涉及一个科学领域的理论是否可以还原为另一个科学领域的理论。相反，解释性还原（通常与方法论还原相结合）涉及来自较低层次（通常与研究这些较低层次的方法论相结合）的解释是否优于来自较高层次的解释。哲学界对分子生物学的关注引发了关于这两种还原含义的争论（参见“生物学中的还原论”条目）。
生物哲学最初作为科学哲学的一个分支学科在20世纪70年代声名鹊起，当时它提供了一个明显的案例研究，可以用来判断一个领域的理论如何还原为另一个领域的理论。具体问题是：经典的孟德尔遗传学是否可以还原为分子遗传学（参见“分子遗传学”条目）？肯尼斯·沙夫纳（Kenneth Schaffner）运用并发展了恩斯特·内格尔（Ernst Nagel，1961）对派生理论还原的分析，以论证经典孟德尔遗传学（T2）可以还原为分子生物学（T1），并经过多年不断完善（总结于Schaffner，1993）。形式化还原的目标是从分子生物学定律逻辑地推导出经典遗传学定律（或其改进的后继者，“现代传递遗传学”T2*）。这种推导要求所有不在T1中的T2*术语必须通过对应规则与T1中的术语连接。因此，夏夫纳努力寻找诸如“基因”等术语以及诸如“显性”等谓词术语的分子对应物。大卫·赫尔（1974）批评了形式化还原，反驳了夏夫纳的观点，并提出分子生物学或许可以取代经典遗传学。然而，由于大多数生物学领域缺乏明确的定律，人们对跨理论还原在生物学中的相关性产生了怀疑。促使人们将注意力转向解释和方法论。威廉·维姆萨特（William Wimsatt，1976）强调了通过机制进行分解解释的重要性，而林德利·达登（Lindley Darden）和南希·莫尔（Nancy Maull，1977）则关注由部分-整体关系、结构-功能关系和因果关系所形成的领域之间的桥梁。
随着新机械论哲学的出现（Glennan and Illari，2017；Machamer et al.，2000），分子生物学与其他生物学学科之间的关系问题已开始通过机制的视角进行分析。生物系统的分解通常揭示出一种层级结构，这使得一些作者提出，较低级别的组件被组织成位于较高级别组件之下的机制（Bechtel，2006；Bechtel and Richardson，2010；Craver，2007；Craver and Povich，2017；Craver et al.，2021）。生物学解释可以出现在不同的描述层次这一观点引发了一场新的还原论争论，争论的焦点在于低层次的分子解释（通常与研究这些低层次的方法论相结合）是否比高层次的解释更好或更完整。还原论者认为，涉及生物体、细胞和基因等生物或功能类型的高层次解释最终需要由分子生物学解释来补充，有时甚至被取代，更笼统地说，需要由基于化学和物理实体及其相互作用的解释来补充（Bickle 1998，Rosenberg 2020）。针对还原论的提议，批评者强调，生物学相关信息不仅编码在分子相互作用的特殊性中，还体现在分子生物学原理未能捕捉到的各种组织和语境特征上，例如发育系统的空间、调控和动态特性 (Delehanty 2005; Frost-Arnold 2004; Keller 1999; Laubichler and Wagner 2001; Love et al. 2008; Robert 2001, 2004)。
Darden (2005) 摒弃了传统的还原论-反还原论二分法，认为经典遗传学和分子生物学阐明了染色体和分子机制的顺序运作，每种机制都涉及在不同时空尺度上运作的不同工作实体。这表明，应该用整合性的论述来取代还原或替代的讨论。分子生物学诞生于物理学、化学和生物学方法的整合（第1.1节），类似的跨学科和整合趋势也体现在分子生物学与进化生物学在比较系统发育学、发育生物学和癌症研究中的近期交流（第1.5节）。整合方法也已被提出，旨在将机械论解释与可能与分子生物学相关的其他类型的解释相协调（见下文第3.2节）。例如，有人认为，尽管分子解释对于理解生命至关重要（以及获得实验控制和开发新的治疗方法和技术），但它并不完整或不足，需要辅以数学模型，才能解释生物现象的动态和定量方面（Bechtel and Abrahamsen 2010；Braillard et Malaterre 2015；Brigandt 2013）。这场特定的争论可以理解为关于分子生物学与系统生物学之间关系的更普遍争论的一个例子（Bechtel 2020；Bechtel and Abrahamsen 2010；De Backer、De Waele 和 Van Speybroeck 2010；Huettemann and Love 2011；Marco 2012；Morange 2008；Pigliucci 2013；Powell and Dupre 2009；另见下文3.2节以及关于女性主义生物学哲学、系统与合成生物学哲学以及多重可实现性的条目）。
3.2 解释
除了机械论方法（2.1节）之外，人们还提出了其他关于分子生物学解释的论述（Braillard and Malaterre 2015）。Philip Kitcher（1989，1993）发展了一种统一主义的解释论述，他和Sylvia Culp明确地将其应用于分子生物学（Culp and Kitcher 1989）。 “沃森-克里克”论证模式的前提包括“相关等位基因的转录、转录后修饰和翻译”，以及相关生物体的细胞生物学和胚胎学细节（Kitcher，1989）。对遗传杂交中子代表型分布的特定模式的解释，源于对相应演绎论证模式的实例化：变量由特定案例的细节和基于前提得出的结论填充。
一些作者提出了这样一种可能性，即基于途径的解释与基于机制的解释存在差异（Boniolo and Campaner，2018；Brigandt，2018），其主要依据是“同一条途径可以通过不同的机制实例化，不同的途径可以具有相似的机制，并且无需了解其背后的机制即可发现途径”（Ross，2018：132）。劳伦·罗斯主张在机制解释和路径解释之间做出更清晰的区分，而斯塔夫罗斯·伊奥尼迪斯和斯塔西斯·普西洛斯（2017）则建议按照因果路径或结构的思路修改机制概念，主张一种极简主义的机制本体论，该本体论仅关注测量或操纵变量之间存在的因果依赖关系。非结构化蛋白质可以具有生物学相关功能的认识，以及生物分子凝聚体的发现（第1.5节），促使人们对过程本体论重新燃起了哲学兴趣。过程论方法的支持者（Bapteste 和 Dupre 2013；Bickhard 2011；Campbell 2015；Dupre 2012；Jaeger 和 Monk 2015；Jaeger 等人 2012；Meincke 2018；Nicholson 和 Dupre 2018）认为，过程在本体论上是首要的，而机械论的解释错误地假设，构成生物机制的各个部分可以独立于它们所涉及的活动或过程而被识别。然而，其他作者质疑了这样一种观点，即过程论解释即使“没有过程试图取代的机制本身的形而上学基础”也能获得充分的依据（Austin 2016: 639）。
最后，机械论解释的概念本身也是随着分子生物学的最新趋势而发展起来的。传统上，分子生物学中的机械论解释被理解为由叙述或图表组成的定性表征。
