（四）规模和结构

在自然界中能被描述的结构的种类很多。生命、地质形态和微观结构、化学和物理结构、形态、组合和相互作用等等，表现出几乎是无穷无尽的多样性。而且它在教学上也能有无穷无尽的描述方法，并经常得到科学上其他重要专题的结论。这里显示的是不同种类的结构怎样相互关联，它们怎样互相解释和说明，以及在不同层次水平上的每一种结构怎样显示出单一的特性。

自然界的结构需要语言来解释，但是描述自然现象可以有许多种方式。习惯上，我们辨别一种现象并给它一个专业术语名称，使其具有最明确的含义。有时在科学课程中记住这些名字和它们的定义看来成为它自身的一种终结。这部分地是因为科学技术的复杂性。但是，一个名字不应该比它所描述的现象或它与其他现象的逻辑关系更重要。纯粹的描述，在它被用于说明一种观点之前，并没有太大的用处。

物质的结构，不论是分子、山脉或生态系统，一般地可以用几种方法探讨：一种方法是分解，对与自然现象的成因有关的最小层次的不断探索。研究遗传密码、细胞的微观结构、晶体的点阵和中微子的特性，都是试图探索宇宙自然的最精细层次的作用机制。研究同样的自然现象的另一种补充的方法是综合。在这里，一个系统的各个层次的现象都被检验，以看它们在系统总体行为中所起的作用。在对任何系统结构的描述中，这两种探求方法都是有用的。一种方法能够将一个生态系统的研究分解为对个别生物体的观察，它们与其他生物体的相互作用，它们自身的新陈代谢作用等；而另一种方法能将众多的知识综述到一个生态系统中，包括捕食、竞争、协同进化的相互作用和物种的多样性和丰富性。这些模式和过程可以与其他的生态系统的模式和过程相比较。

大部分的自然系统的结构有层次单元，不管是化学上从原子到分子、化合物的层次，还是生物上从有机物到细胞、组织、器官、个体、种群等的层次。通常关于一个自然系统的结构的最显著之处是在它的层次结构的每～个层次上都有所谓的表象特征，即在层次结构的某一层次的现象不能总是由另一层次的知识所预测。当然，有些特性确实可以由其他层次所预测，例如钻石的特性可以由碳原子的四面体结构来确定。但其他的就很难被确定，例如鹿的行为就很难简单地用它的机体结构的知识来预测。鹿的行为是它与它的环境相互作用的这个层次结构的浮现特征，而不能简单地由它的较低层次结构来说明。

规模和结构的专题是与系统和相互作用的这个专题紧密相联系的，因为对大部分系统的研究与规模有关。如上所述，一个人能够从几个方面来研究一头鹿：它可以作为一个生态系统的一部分；也可以作为一个拥有自己的循环系统、呼吸系统和其他功能的自然体；或者可以作为许多生命系统如细菌：寄生虫和其他有机体的寄生主体。在层次结构中！任何一个层次的重要性取决于所研究的规模范围。

结构和性能的相互影响是规模和结构专题的另一个重要的组成成分，因为它表明怎样区别功能和它们怎样起作用以支持整个系统。举例说，鹿的腿的奔跑功能在维持它的生存中起重要作用，而它的这种运动适应性能够与一只鳄鱼或一头大象的运动适应性相比较。鹿的消化系统能够适应对植物纤维的有效消化，也对它的生存有重要贡献。在一个钢铁建筑中，每一架梁或一面墙的连接作用可以引伸到微观结构、钢的强度由其中原子的排列所决定。