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功能 (生物學)

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在生物學中，功能（function）是機體某器官或系統，整體或部分，正常的、適當的、或特定的生理活動。在生理學中，它是器官、組織、細胞或分子的作用。

在進化生物學中，功能是自然選擇演化系統中某些對象或過程發生的原因。那個原因通常取得了一些結果，例如葉綠素有助於光合作用中捕獲陽光能量。因此使含有該功能的生物體更有可能生存和繁殖，換句話說，該功能增加了生物體的適應性。有助於進化的特徵稱為適應；其他特徵可能是非功能性副產物，儘管這些特徵後來可能會通過進化被選擇用於新功能。

在生物學哲學中，談論功能不可避免地暗示着某種目的論，儘管自然選擇的運作沒有任何未來目標。在當代生物學哲學中，對生物世界的功能主要有三種解釋：因果作用理論、選擇效應理論和目標貢獻理論。

進化前生物學

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在生理學中，功能是由生物系統執行的活動或過程，例如動物的感覺或運動。[1]這種與形式相對的四因說（分別是亞里士多德的ergon和morphê[2] ）是古典時期生物學解釋的核心。在更現代的時代，它構成了 1830 年居維葉-若弗魯瓦辯論的一部分，居維葉爭論動物的結構是由其功能需求驅動的，而若弗魯瓦則提出每隻動物的結構都是根據一個共同的計劃進行修改的。[3][4][5]

在進化生物學中

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功能可用多種方式定義，[6][7]如適應、[8]對進化適應性的貢獻、[9]在動物行為中，[10]如下文所討論的，也如某種生物學哲學中的因果作用或目標。[11]

適應

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功能性特徵在演化生物學中稱為適應，而研究一個特徵是否具有適應性的研究策略稱為適應主義。雖然假設一個性狀是功能性的可能有助於研究，但生物體的某些特徵是非功能性的，形成為偶然的拱肩，相鄰功能系統的副作用。[8]

自然選擇

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葉綠素分子具有光合作用的功能。

從自然選擇角度來看，生物功能的存在有助於適應性，增加生物體生存繁殖機會。[9][12]例如，植物中葉綠素的功能是捕獲陽光能量進行光合作用，[13]有助於進化成功。[14]

動物行為學

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行為學家尼古拉斯·廷貝亨根據亞里士多德的四因[10]提出了四個問題，生物學家可以提出這些問題來幫助解釋一種行為，儘管它們已被推廣到更廣泛的範圍。 1) 機制：什麼機制導致動物做出這樣的行為？ 2)個體發育：動物胚胎學中的哪些發育機制（以及它的幼年，如果它學會了）創造了導致行為的結構？ 3) 功能/適應：行為的進化功能是什麼？ 4) 進化：行為的系統發生樹是什麼，或者換句話說，它是什麼時候首次出現在動物的進化史上的？這些問題是相互依存的，因此，例如，適應功能受到胚胎發育的限制。[15][16][17][18]

生物學哲學

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「有目的的行為」：一隻年輕的跳羚四腳彈跳。生物學家可能會爭辯說，這具有向捕食者發出信號的功能，可以幫助跳羚生存並使其繁殖。[11]

功能與目的論意義上的目的不同，即具有實現目標的有意識的心理意圖。在生物學哲學中，進化是一個盲目的過程，對未來沒有「目標」。例如，一棵樹不會為了任何目的而開花，而只是因為它已經進化到可以這樣做。如果「為了」暗示目的，那麼說「一棵樹長出花以吸引傳粉者」是不正確的。函數描述的是某事的作用，而不是它的「目的」是什麼。然而，目的論語言經常被生物學家用作描述功能的簡寫方式，儘管其適用性存在爭議。[11]

當代生物學哲學中，對生物世界的功能主要有三種解釋：因果作用理論、[19]選擇效應理論、[20]和目標貢獻理論。[21]

因果作用

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生物功能的因果作用理論的起源可追溯到 1975 年羅伯特·康明斯 (Robert Cummins) 的一篇論文。[19]康明斯將系統組件的功能角色定義為組件對更大的包含系統的因果影響。例如，心臟在循環系統中具有泵血的實際因果作用；因此，心臟的功能是泵血。該說明已被反對，理由是它的功能概念過於鬆散。例如，心臟也有發聲的因果作用，但我們不會認為發聲是心臟的功能。[22][23]

選擇效應

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生物功能的選擇效應理論認為，生物性狀的功能是選擇該性狀的功能，如露絲·密立根 (Ruth Millikan) 所論證的那樣。[20]例如，心臟的功能是泵血，因為這是進化選擇心臟的功能。換句話說，泵血是心臟進化的原因。這種說法因過於限制功能概念而受到批評。並不總是清楚哪種行為有助於選擇特徵，因為生物學特徵可以具有功能，即使它們沒有被選擇。最初不會選擇有益突變，但它們確實具有功能。[24]

目標貢獻

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目標貢獻理論試圖在因果作用理論和選擇效果理論之間開闢一個中間地帶，就像 Boorse (1977) 一樣。[21] Boorse 將生物特徵的功能定義為該特徵對生存和繁殖的統計典型因果貢獻。例如，斑馬條紋有時被認為可以迷惑捕食者。斑馬條紋的這種作用將有助於斑馬的生存和繁殖，這就是為什麼混淆捕食者會被說成是斑馬條紋的功能。在這種情況下，性狀的特定因果作用是否是其功能取決於該因果作用是否有助於該生物體的生存和繁殖。[25]

相關

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參考

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  1. ^ Fletcher, John. On the functions of organized beings, and their arrangement. Rudiments of physiology, Part 2. On life, as manifested in irritation (John Carfrae & Son). 1837: 1–15. 
  2. ^ Tipton, Jason A. Philosophical Biology in Aristotle's Parts of Animals. Springer. 2014: 33. ISBN 978-3-319-01421-0.  citing The Parts of Animals 640–641.
  3. ^ Russell, Edward Stewart. Form and Function: A Contribution to the History of Animal Morphology. John Murray. 1916 [2023-06-12]. （原始內容存檔於2023-06-12）. 
  4. ^ Asma, S. T. Following form and function: A philosophical archaeology of life science. Northwestern University Press. 1996. ISBN 9780810113978. 
  5. ^ Arber, Agnes. The Natural Philosophy of Plant Form. Cambridge University Press. 1950. 
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  8. ^ 8.0 8.1 Understanding Evolution: Qualifying as an adaptation. University of California at Berkeley. [29 July 2016]. （原始內容存檔於2017-11-07）. 
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