关于自然系统的假说性理论的主要命题已经形成，所有更进一步的定理都应当依照形式逻辑的规则从这些命题中推导出来。然而，如此的严密性在目前仍是一种理想；我们必须使自己满足于表明，对主要经验现象有说服力的解释都能够由上述命题推导出来。这样的解释不含有对现存理论的修改，而仅仅把它们转化到我们的理论所提供的概念框架中。毫无疑问，要在各种科学理论之间裁定或修正它们；任务是要把它们摹写进一个共有的、内在地一致的框架中，在这个框架中，其特殊命题相互补充，并作为用合乎理性地可知的、贯穿始终的秩序对现实进行描述和解释的一种方法。这样的秩序是对自然界的一个假设，在依次审视各种专门科学理论时，它不是显而易见的。但是，如果揭示出自然界有限种类秩序的这些理论证明能够与二级秩序理论——经验－理论模型中的一个——结合，那么自然界中一般秩序（即秩序性）的假设就会被证明是正确的：秩序不是直接经验的“已知物”，而是理性头脑的假说，而且，如果经验是有序的，那么容纳特殊秩序而排斥一般秩序就是毫无道理的。
自然界为观察和实验提供了各种事件及其过程的广阔领域。在一本篇幅小于百科全书的著作中想要概述所有的自然现象是不可能的，即便概述其中的大部分也是不可能的。研究者（他已对当代知识系列，除了一小部分以外，特别有意识地作了扫视）的知识本来有限，又加之一本书的篇幅有限，所以我们所能做的就是在关键领域中选择科学理论，并且考虑它们能否被综合于前述的二级秩序框架中。如果一些通常被认为它们本身是非常不同的领域能够包含在一般系统论中，那么我们就有了支持自然界中一般秩序的有说服力的论证的证据，这可以借助二级秩序“元模型”（“meta－model”）得到证明。
对自然界中出现的各种各样的有组织的复杂事物我们可以用无数的方式进行分类。然而，当探索一般范畴时，物理、生物和社会现象的概念就具有范式的色彩。在这些主要范畴中的每个主要范畴内部，许多不同的实体被归类；然而在这里，有些实体具有超过其它实体的范式价值。我们把物理系统领域内的原子、生物实体领域内的多细胞有机体和社会系统范围内的人类社会突出出来作为主要的研究对象。因此，倘若不低估关于有组织复杂事物的许多其它现象和中介范畴及等级层次的重要性，也不否认这些现实，那么我们将从原子、有机体和人类社会系统着手对前面所述的自然系统一般理论进行经验解释。相关的科学理论是原子物理学、生物学（及进化论）和社会学理论。我们的任务就是要考察这些在物理、生物、社会层次上的关键实体究竟能否被概念化为自然系统的下层系统，能否由相同的独立变量来描述，而因此具有共同不变的基本特性。
第一节 物理系统（原子）
理论：Ri＝f（α,β,γ,δ），这里的α,β,γ,δ都是独立变量，具有共同的函数Ri（“原子自然系统”）。
Ri＝f（α）（系统状态特性）
原子：整体性
原子理论在本世纪经历了急风暴雨式的修正并已经提出了揭示原子结构的状态描述，它揭示原子的结构越来越像（譬如W．韦弗所说的）生物学的研究对象，即具有“有机复杂性的事物”。原子的机械“太阳系”模型时代已经一去不复返了；在这种“太阳系”模型中，不可分割的实体之间相互施加明显的决定性作用。现在我们获得了场系统的概念，其中包含了类似粒子的能量和自旋的集结。整个结构的特性不是出现在其内部的基本粒子的特性和粒子之间的作用力的特性之简单总和。相反，整体的特性等于严格有序化的组分的关系总和，人们在有序化中发现了这些关系。从数学上讲，原子的非加和性是以方程形式的变化来表达的，这种方程式描述了整体的变化和任何特定原子的组分的变化。用热力学的话来说，平衡中的粒子的熵之总和与原子结构整体上的熵这二者之间存在着差别。
这种差别同样出现在信息论中，在那里，差别是用“比特”来度量的。整个原子的熵比平衡中原子各部分（电子＋核子）的熵之和要小，但原子整体的信息量比平衡中的原子各部分的信息量之和要大。在现代原子概念中，这种情况被进一步强调，原子是由功能相互作用原子核场和电子场构成的，而不是由机械相互作用的各部分构成的。事实上，在量子理论中，原子的机械（加和）模型已经被明确地放弃了。
原子：秩序
尽管存在众所周知的与电子状态相关的测不准关系，关于原子结构内部秩序可精确计算的想法仍未放弃。只不过，描述统计规律性的随机概率规律已逐步取代了精确的动力学规律。虽然原子物理学家不再把电子看作是绕核旋转的小球体，但他们还继续把电子与原子核的关系（以及核内粒子与原子核的关系）看作是高度有序的。事实上，相应的情况是：原子结构展现了一种最为显著的数学秩序。让我们来考虑一下周期表中复杂化的原子结构里所包含的这种秩序。
位于原子中心的核由类似“电子雾”（“electron－fog．”）的某种东西笼罩着，“电子雾”可以根据与电子的位置相关的概率计算出来。在概率最大的区域，雾最“浓”，越向边缘雾变得越稀薄，在整个区域内构成了特定电子的允许能带。最简单的原子——氢，具有与其原子核相联系的单一电子雾。氦在其核中有两个正电荷（即质子），而且在轨道“雾”中有两个相应的负电荷（即电子）。“配对的”电子，如氦的电子，可用自旋的概念区分开来，自旋可以区分为粒子的负自旋和粒子的正自旋。任何一种自旋都可极容易地由其对应者补充，并且两种自旋一起以一种方式完成电子雾，通常这种方式与其它轨道一起产生短程力，而且产生较小的化学作用。结果，我们就得到了由低结合性的一组配对电子所形成的一个电子雾，它笼罩着氦核；这就解释了氦为什么通常是一种气体。
三个电子的原子引出了一种新的结构模式构型。这个原子就是锂，它由氦的配对电子外加一个电子组成。这个附加电子被原子核从附近的最低壳层（即轨道）里逐出而占据了一个比较远离原子核的位置。
当一个原子的核包含四个正电荷时，它就能够接受四个带负电的电子。因此，理的第三个电子与第四个电子配成对，第四个电子占据了同一个轨道，但自旋与第三个电子相反。我们由此得到的这个原子就是铍。如果再加上另一个电子，我们就获得了硼。这时出现了新的结构原则。第一壳层和第二壳层可能的负自旋和正自旋已经被铍的四个电子用尽。棚的那个外加电子就被迫进入一个不对称的模式中，这第五个电子的空间取向将垂直于其它电子的振动平面。其动态形式就是p轨道。它是一种两环“振动模型”，占据空间所允许的三个独立方向之一：水平线、垂直线和横轴。
随着我们把电子加入原有结构，即使不涉及具体的化合，我们也能够直接注意到所获得的有序结构模型。对应于核内的又一个附加质子，再加一个电子，我们就得到了碳。在此基础上再加一个质子和电子，我们将得到氮。氧有八个电子，新电子与占据最外壳层的三个电子之一配成对。氟的第九个电子与最外壳层的第二个电子配成对，氖的第十个电子与最外壳层的第三个电子配成对。所以，氖具有一种封闭的模型，因此与其它原子结合的潜力非常小。
当我们构造各种各样的原子结构时，三环模型就让我们得到了八个化学元素，而且具有各种可能自旋和取向的相应较宽阔的范围的每一个附加壳层，会相继地产生较重元素的结构。结构的复杂化可以直接从波动力学的方程式来确定。我们得到具有两个元素的第一族（氢和氦），紧接着是具有2＋2×3个元素的第二族，然后是2＋2×3＋2×5，最后是2＋2×3＋2×5＋2×7，等等，直到电子数目为103的最重元素。这时我们得到了一个清晰美妙的模式的范例，原子的构造就是以这种方式反映数学结构。逐渐加重的原子种类之复杂化遵循着波动力学的规律，这充分地证明了秩序概念在原子现实领域中的适用性。（图4）
原子中存在着关于数学秩序更深一层的引人注目的范例。例如，元素的丰度和其原子核的结构之间存在着明确的关系：就电子和质子数（原子序数）以及原子核中的中子数来看，自然界好像偏爱偶数。在地球上，原子序数是偶数的元素估计是奇数的元素的十倍，而在陨星中这个比率大约是七十比一。更令人惊讶的是：地球上百分之九十九的原子在它们的原子核中拥有偶数的中子。而且，质量数是偶数的原子核比质量数是奇数的原子核更为丰富。在已知的272种稳定的原子核中，162种具有偶数的质子和中子，55种具有偶数的质子和奇数的中子，49种具有奇数的质子和偶数的中子，仅有6种具有奇数的质子和奇数的中子。复杂的原子结构终究成了相对简单的最平衡和对称的数学关系。倘若有些数学物理学家激动地感叹可能存在一个造物主的话，那该造物主一定是个伟大的数学家（这基本上是柏拉图在《蒂迈欧篇》中所采取的立场），这是因为存在着一些确定的力，它们在原子内产生恒定的约束，并且这些力（电子的引力和斥力以及不相容力，原子核的交换力）还产生了具有高度有序参量的外部条件。因此，原子不是无序组分的不规则堆积，而是有序的整体，它能够充分地满足我们理论上的有关假定。
Ri＝f（β）（微观物理控制论Ⅰ）
“微观物理控制论”的定义
原子构成有序的整体，这一结论是比较明确和没有争议的。相反，紧接着的两个假定，也就是相当于一系列自稳和自组的控制过程的假定，就原子层次而言，似乎十分容易引起争论。事实上，乍看起来，这两个假定似乎与经验证据矛盾。但我坚信，这种评估是错误的，是由于对“自稳”及“自组”概念意义的一种误解所造成的。自稳的意思是，只要有序整体受到的扰动不大于整体的抗扰动能力，那么整体就保持其参量不变。自组则代表这样的过程：由于周围环境中作用于结构的连续不断的扰动过程，系统特有的参量凭借自组过程得到修正。很清楚，自稳和自组是以与环境的相互作用为先决条件的，因此，只有开放系统才能实现自稳和自组。
从理论上讲，系统是可以完全封闭的，也就是说，系统的边界是绝热的，它阻止了系统与环境之间物质和热能的交换。这样的系统除了通过不伴随热和物质交换的机械功以外不能与外界相互作用。系统也可以是不太严格地封闭的，它们可允许有热能的交换，但具有阻止其它形式的物质和能量的交换（机械功除外）的透热边界。最后，系统可以是“开放的”，就是说，系统的边界允许某些形式（但并非全部）的物质和能量通过，因此它的作用像筛子一样而不像墙一样。很明显，如果自稳和自组是以系统与环境的相互作用为先决条件的，那么封闭系统就被排除在这种现象之外。一般说来，系统与环境之间的有效相互作用愈大，系统中由外部媒介物所引入的扰动作用也就愈大，所以对持久系统的要求也就愈高。持久系统能制止这些扰动，即在整个控制过程中适应环境条件。物理学表明，原子作为动态环境中的持久系统的确时时与周围介质相互作用，这些相互作用显示了功能的特性，这些特性则表明，这里所讨论的控制过程发生在微观物理学层次上（“微观物理控制论”）。
原子；适应性自稳
处于能量基态的稳定原子是具有透热边界的封闭系统。来自环境的扰动必须以热能或动能的形式接近它们，缺少这样的介质，稳定的原子就维持它们所处的中性状态而没有实际的相互作用。原子借助于其场内粒子的结合来达到能量结构的动态平衡。例如，从电子的角度来看，原子的行为像引力中心，引力存在于四面八方，其数值随着电子到原子核距离的增加而成比例地减小。由于这种负势能，电子如同“驻波”一样被束缚在原子核周围。
正是当原子通常封闭的动态模型被暂时打开时，我们才能遇到“通过自稳而适应”的现象。在电子的轰击下，会出现一个暂时打开的结构。当用具有一定速度的电子或用具有一定波长的电磁辐射轰击原子时，就会发现，除非轰击物提供一定的最低限度的能量，否则它不可能把电子从原子中逐出去。原子中的电子与射入电子之间的相互作用是一种弹性作用，这是因为射入电子被弹回后没有失去能量。但是，当能量超过临界值时，有效的相互作用就会发生：原子吸收了轰击物的全部能量而把自己的一个电子逐出来。这个被逐出的电子具有以动能形式呈现出来的多余的吸收能量。
弹性的临界值通常是极其明显的。当超过这一临界值并且一个电子完全地被逐出原子时，原子就能够捕获另外一个电子，靠一次或一系列的量子跃迁进行自我调整。于是，原子从缺少一个外层电子所形成的（籍此，该原子变为正离子）激发状态返回到其正常（中性的）状态。原子的正常状态是能量最低的稳定状态。借助于辐射掉多余的能量（激发电势），原子的这种再调整能够以极快的速度实现，对于某些激发状态来说，其时间不超过10－8秒。
以上所述就是原子内的一个有效的自稳过程，它凭借输出（辐射）与输入（轰击力量）相抵消的作用重建原子的适当的稳定状态（能量基态）。在典型的开放系统中，自稳是瞬时性的而非连续性的。但是，这种现象确实出现并很明显，那就是无论何时，当从介质有效地输入扰动时，原子满足通过自稳而适应其环境的先决条件。能够被制止的扰动范围的下限包括了原子的弹性临界值，其上限是核裂变温度。低于弹性临界值的任何能量输入将被原子无损耗地弹回而不导致原子内部的结构变化；而超过“核燃烧界限”的每一次输入都会使现存的原子结构瓦解。但在这两个极限值之间，来自外界的扰动通过质子俘获和多余能量的辐射将正常地得到稳定。因为原子依靠这些过程维持自己处于典型的稳定状态（能量基态），所以我们可以有充分理由他认为，原子适应了来自周围介质的暂时性的扰动。在这个意义上，借助于模型维持的控制过程，原子事实上适应了其环境。
Ri＝f（γ）（微观物理控制论Ⅱ）
原子：适应性自组
类似于自稳的自组也是以系统与环境的相互作用为先决条件的。对于原子来说，超过了弹性临界值有效的相互作用就会发生。在这个临界值以上和在发生核裂变的界限以下，原子就会以上述过程发生反应。这些是自稳但不是自组。因此，只有在高于核裂变临界温度时自组才会出现。我们将要考察的正是这些过程。
除了在反应堆和核裂变装置中人工创造的情况以外，核化学过程所需的温度仅在恒星中可以获得。最近，天体物理理论指出，重元素是在恒星内部核的连续嬗变过程中从较轻的元素逐渐形成的。这些理论似乎有些漠视与宇宙中的物质起源相关的宇宙学问题，并且设想最轻和最简单的元素——氢或氢核——是所有更进一步的天体物理过程的原始物质。
可以相当肯定地推测宇宙的最初状态：在那时，1069个氢核松散地在星际气体中旋转，这些原始氢云被巨大的宇宙气流所携带，形成涡旋，在引力的迫使下凝聚成原生星（protostars）。于是，占老的星族Ⅱ恒星诞生了。这一族恒星开始经历它可识别的生命循环，包括形成、演化、最后爆炸（更新）以及从古老恒星的分散物质重新组成年轻的星族Ⅰ恒星。
与恒星演化过程紧密相关和非常值得注意的事实是：越来越重的原子结构基本上是单向合成的。恒星演化是循环的；它们的生命史类似生物个体的历史：包括出生、发育和死亡，再从残老星的遗骸脱胎形成新的恒星。但原子的进化是直线的，类似于生物物种的进化。尽管有偶然的局部逆转，但它还是从简单到复杂、从轻元素到重元素向前发展的。
有关的著作，尤其是福勒·M.伯比奇和G.伯比奇的著作指出，在构成恒星的所有已知天然生成的元素的全部过程中包含了多达八种核嬗变过程。主要的和最持久的嬗变过程就是氢转化为氦，这种转化或者通过碳－氮循环，或者通过质子－质子链。当一颗恒星的大部分氢转化为氦以后，迅速的结构变化引起所谓的氦燃烧过程，在该过程中合成了各种中等重量的元素。借助于普通的氢－氦嬗变反应，通过这些过程而产生的原子核的存在容许合成碳、氧、氖和氮的大部分不甚丰富的同位素。
因此，氢和氦的转化过程解释了存在于恒星中的大量已知元素。但是，所有这些元素的合成需要不少于六个另外的原子嬗变过程为先决条件。这些过程包括α－过程、e－过程、慢中子和快中于俘获过程、P－过程（质子俘获过程）以及说明某些轻元素（如氖、锂、硼）在恒星大气层内和超新星的壳层内发生的核反应中的合成过程。这八种类型的核反应呈现出一个有说服力的理论框架，用以对可观察宇宙内的各种原子的丰度进行定量分析。尽管详尽的描述依赖于若干深层次的因素（包括恒星形成的速率和合成的物质返回到星际空间的方式），但大量证据表明：所有已知天然生成的原子是在恒星中从氢开始被连续地构造出来的。因为这些种类的原子是在恒星内部产生的，另外一些是在超新星爆炸的极高温度下合成的，所以很明显，尽管恒星的生命循环包括最初的凝聚、结构的变化、部分或全部的爆炸等阶段，但原子的进化却是一个连续的，从整体上看是一个不可逆的过程。恒星的毁灭——也就是超新星的爆炸——这一事件实际上代表着原子进化中的更深层次：超新星爆炸提供了某些较重元素合成所需要的温度。
天体物理过程中重原子的逐渐进化为在原子世界范围内不断进化的结构发展过程提供了例证。原子是向其环境中的热能和动能所造成的扰动开放的持久结构。稳定的原子处于能量基态，而且，如果介质中的热能和动能低于核裂变值，那么，原子就仍能维持自己处于这样的状态。如果环境中的能量超过了这些临界值，那么原子场的封闭模式就被破坏（例如在极高的温度下），这时核裂变就会发生，在一定的密度和温度的条件下导致至此仍然分离的原子核聚合成为一个结构更为复杂的原子核。
当考虑星球体内某一区域的一族原子而不是单独的原子结构时，原子核的嬗变过程可以看作是现存原子结构向较高负熵状态进行重组。这样的原子族把较简单的结构转化为较复杂的结构，并辐射出多余的能量。因此，原子结构的负熵倾向与热力学第二定律并不矛盾：尽管在合成过程中构造了元素的原子，但从整体上看，恒星物质的组织层次降低了。
当从单个原子的层次上观察原子进化时，这充其量只是一种似是而非的隽语：进化的结构通过其原有力量的瓦解转化成为另外一种结构。因此，在该过程中，单个原子消失了，它重新出现在另外的结构中，曾经是个体的其它原子也参与其中（例如，一个氦原子就是由以前的四个氢原子构成的）。但从组成一层恒星物质的某原子族的层次上观察时，原子看来在进化：例如，太阳中心层的氢转化为氦表明了该族太阳原子朝着组织化程度更高的状态发展的自组过程，尽管从整体上看太**有较高的熵。输入系统的能量使得这些系统在组织程度较低的系统可能崩溃的条件下能够维持它们自己。但是，适应能力较强的合成系统并不意味着较高层次的结构稳定性撒。恰恰相反，有较高组织程度的重原子的结构稳定性较低。不过，它们具有在恒星条件下自我维持的能力，这些条件能导致组织程度不高的较轻元素的裂变。适应的组织性意味着同现有的环境诸力和谐相处，而不意味着结构稳定性。因此，原子的进化是朝向功能上更为适应，而不是结构上更稳定的形态发展。这样一来，它就与系统组织的其它部分的进化相一致（参看下面的第二节和第三节）。
原子族，而不是原子个体，根据它们的特定环境条件而进化出功能上适应的（即使天生是不稳定的）结构。这一假说与目前的原子核理论及天体物理学理论并不相矛盾，只不过是把这些理论的命题转换到关于自然系统的一般理论的语言和概念框架中。
Ri＝f（δ）（整体性）
原子：系统内的等级体系
构成“整体性”两重性（相对于它的组分而言，它是一个整体；相对于环境中某些关系而言，它又是部分）之特性不是自然系统的独立特性，而是以上所讨论的全部特性之组合。像在图3中已排满的壳层之上的，这与原子核内中子的增加是相同的。增加一个新壳层，通过增添原子核中的电荷，同时通过新电子的出现，就改变了原先的壳层。于是，每一较高周期包含了加上新特性的较低周期的所有结构特性。新特性改变了其余特性。正如卡西迪指出的，这样的一个排列清楚地例证了一个系统的等级体系。
原子：系统间的等级体系
虽然系统内的等级体系在所有原子中被明确地证实了，但系统间的等级体系在这方面却不是必然的。在能量条件相对恒定而且允许形成更高秩序结构的环境中分子键得到生成，由此，原子在一个共同结构**享未配对的电子。这种联合形成的分子系统比任何组分原子下层系统具有更高的层次（因为它包括了每一个下层系统和下层系统之间的联系），而且从一个特定原子的立场来看，分子的其余部分可以看作是其等级体系的“环境”。然而，只有在限定的条件范围内这样的等级体系环境才会出现，这些条件可用温度、密度、化学环境来规定。如果符合这些条件，那么就能建立一个微观等级体系，而且，如果满足更高要求的有利条件，那么就会导致一个进化的多层次结构，地球上的等级组织就是这种多层次结构的一个例证。如果条件不利，那么多原子的结构就会停止生成或退化，或被限制于相对分离的原子之间的微弱相互作用中（例如在星际空间中）。因此原子系统间等级体系的存在及发展水平（假定有的话）取决于环境条件，这些条件决定着微观等级体系的发展或其全部（或部分）的不存在。但如果微观等级体系只是初步地进化，那么在其范围内的一些原子将成为较大上层系统的组分。所以，这样的原子显示了这里所讨论的整体性：它们对于亚原子组分来说是整体，而对于超原子（分子、晶体，等等）环境来说则是部分。
第二节 生物系统（有机体）
很长时间以来，人们总认为物理界是完全不同于生物界的。直到20世纪30年代，物理学家和生物学家通常不过是偶尔提到与自己专业领域毫无联系的——即使有的话，也少得可怜——对方的领域。生物物理和生物化学的出现使这两个领域较为紧密地结合了起来，不过，这样做的代价是：在生物学内部出现了一元性－二元性问题。随着机械论和目的论方面的争论，这个问题日趋明朗。有些科学家满怀着在物理学和生物学之间建立沟通桥梁的希望，通过将物理学的规律和概念引申到生命有机体领域，研究探讨范畴的分界线，但他们被其反对者指责为“物理主义的还原论”。这些反对者要么支持在产生生物组织方面性质上完全新奇的事物的出现，要么希望看到把生物学概念引申到物理领域。于是，一方面，生物有机体被看作是特别复杂的物理和化学系统；另一方面，物理实体被认为应归因于生存意志（entelechy）或至少归因于“精神”或“灵魂”的种子。
根据自然系统的一般理论并借助于分析物理现象和生物现象的简单方法，物理界和生物界的基本差异可以克服而不必再进行令人生厌的机械论－生机论争论、二者之间的具体差异虽不能用这种系统分析方法检查，但可以用结构同型性（而不是同一性）的思想方法来加以说明。同时在重要的组织性的各个方面这些同型性保证了既定现象的统一性。这种新的具有无限潜力的方法就是我们将要在这里探讨的方法，利用这种方法，我们可以用处理原子的同样方法来处理各种形式的生命有机体。也就是说，我们将探明目前的生物学理论是否允许自然系统的一般理论对“生命有机体”的适用性问题有一个肯定的答案。
理论：Ri＝f（α,β,γ,δ），这里的α,β,γ,δ都是独立变量，具有共同的函数Rii（“有机自然系统”）。
Rii＝f（α）（系统的状态特性）
第一个疑问涉及到关于生命有机体的“整体性”和“秩序”概念的有效性。答案是如此明确以致只消用几句话就足以证明。
有机体：整体性
有机体的非加和性表现在处于热力学平衡时其各组分的熵与其整体的熵之间的差别。熵差也可以用信息的“比特”来表示（丹考夫〔Dancoff〕和库斯特勒），即称作信息熵（information－en－tropy．）。事实上，生物组织的真正本质在于有机组分彼此构成的相互联系——仅各组分特性之总和产生不了生物有机体，更不用说个体了。联系是如此重要，以致于数量相等的同一组分或同一组分的相互联系的最微小的变比也许会产生完全不同的结果。这一点在生物层次上十分明显。例如，DNA螺旋中的氨基酸链顺序的任何变化会全面地改变整体的特性。此外，甚至连复杂的结构也与涉及整个有机体的许多反应（例如普遍适应症候群的应激反应）一起高度地结合。我不希望在这里介入超自然的绝对的“机械论”和“整体论”的争论中，而且除了考虑整体以外将不论证某些生物反应是“无意义的”。以目前的透视法就足以建立这样的命题：有机体是由相互依存的组分“构成的”（非加和的）整体。并且，现代生物学充分地证实了这一命题。
有机体：秩序
那么，有机体的有序性怎么样呢？秩序涉及到时空结构和事情发生的先后顺序。空间秩序指的是有机体的“结构”或“形态”；时间秩序指的是有机体的“功能”或“生理”。在这些概念之间不存在对立。正如冯·贝塔朗菲指出的，“结构与功能之间、形态与生理之间的对立是基于有机体的静态概念之上的。机器中固定的安排能使机器运转，也能使机器停止。同样，预先建立的结构（如心脏）有别于其功能（即节律性收缩）。其实，预先建立的结构与发生在结构中的过程之间的这种分离并不适用于生命有机体。因为有机体是一个连续不断的有序过程的表现，尽管，另一方面，这个过程是靠基础结构和有机形态来维持的。形态学中被描述为有机形态和结构的东西实际上就是通过时空模型的一个瞬间横断面”。
那么，当我们考虑生物有机体的形态时，我们就要考虑一个瞬间横断面（一列“缓慢移动的波”），在横断面上叠加了动态函数或动态模型（快速过程波）。结构中的秩序和过程中的秩序不是不同种类的秩序，而是有机体时空模型的基本秩序性的不同表现形式。首先让我们考虑表征空间显示的“慢波”模型特性的这种秩序，即生命有机体的形态秩序。
生命有机体的形态显示出引人注目的对称形态。最早的原生动物门显示了球形对称性：它们的躯体都呈球形，其各部分从中心向各个方向伸展，或者说，其各部分都围绕中心排列。在所有适应于依附性生存的物种中，包括大多数植物，都可以发现呈辐射状的对称性。躯体的一般形态呈圆柱状或碗状，有一个中心轴线，各部分从中心轴线向外辐射，或者说，围绕中心轴线排列。轴线是多极的：它在两端是不同的。就动物而言，一端称为口端或前端，长有嘴巴；另一端是尾端或后端，长有尾部器官（例如肛门）。就植物而言，一端可能长有根，另一端可能长有花。某些生物门类中存在着双重辐射对称性，例如栉水母门就是如此。它不同于辐射状对称性，除了前后轴线以外，还有另外两条轴线，这两条轴线与主轴线垂直并且相互垂直（后两条轴线称为矢铀和横轴）。最后，两边对称性与双重辐射对称性一样有三条相同的对称轴线，不过，因为背部和腹部有区别，有机体仅有一对对称面（侧翼面）。这种对称性是绝大多数动物的特征。双边对称性表明了前端的变异，前端作为潜在头（potential
head）（“头在形成”过程中），长有眼睛和其它的感觉器官，并且集中了神经组织。当个体进化到发达程度时，头颅的形成变得越来越明显。虽然这些形态为大多数物种所具有，但通过相关生长，变异也许是可能的，例如，相同的对称部分也许会以长的、短的、扁平的或尖锐的等不同形状显示出来。
如果在生命世界中，结构表示过程，那么有机体形态中的对称性就一定具有功能的意义。韦耳指出，如果“自然规律中固有的全部对称性”对特定躯体来说，除了其位置P的偶然事件外不受任何事物的限制，那么它将采用围绕中心P的球形形状。因此，若悬浮于水中，原生动物门则趋向于成为球形。韦耳借助于下面的思考说明了辐射状对称性：对附着于海底的躯体来说，重力的方向作为决定性的因素出现，它使得对称性作用缩小了，从围绕中心P的各方向的作用缩小到仅在一个轴线周围的作用。对于在介质中具有自我运动能力的有机体而言，双重辐射的对称性就是其逻辑形式，因为对它们来说，前后方向和重力方向都具有决定性的影响。双边对称性似乎是最复杂的对称形状，对于有机体来说，这种形式具有功能的价值，因为在趋向于左、右两面之间产生遗传差异的环境中（在双边形状中，只有在这两面之间差异是任意的）存在着一些因素，这些因素倾向于受到运动器官的对称性所提供的优势的控制：不对称的发展也许导致介质中的螺旋状方式的运动。同时，双边对称性提供头颅形成的有利条件，以致可以预期它能够描绘出一种对生命世界而言最完整发达的形态设计。根据形态样式的对称性，综观进化过程，在组织程度与对称形式的复杂性之间似乎存在着明确的关联。韦耳在论证中用以下事实阐明了这种关联：维持复杂的组织需要能动性，而能动性又需要复杂的对称性来获取效率和控制。
假如各种严格的对称性秩序存在于有机体的形态中，那么同样值得注意的种类秩序就一定表征了有机体的功能。（我重复一遍，“形态”〔结构〕和“功能”〔过程〕，这些概念是对相对缓慢、但单独看又很快的变化的时空模型的表达。）事实上，实在的生长和发育过程佐证了各种各样的对称性。和对称性的组分结合在一起而逐渐生长的例证有叶子的螺旋形排列、树的生长年轮的同心圆或圆锥形的增大、蜗牛外壳的螺旋形状、向日葵的盘旋状及牵牛花的螺旋状的爬行动作等。这些比较“缓慢的波”的模型是对有机体明显活动中更为快速的形式的表达方式。后者的例证充斥着生物学和生物物理学教科书。我们并不打算重新考察它们，而仅仅是注意（同辛诺持一起）：所有生命有机体，不论是植物还是动物，它们多种实际的、显露出来的并为物种所具有的典型形状之功能似乎是经过精心安排的。最终形状在每一细胞和种子中被译为密码；它们能够控制许多细胞的分裂，由此，发育中的有机体以极高的精确性成长到该物种的典型形态。用辛诺特的话说，自我维持和发展的多种功能构成了“一个有机的自我调节系统，它被恰当地命名为‘有机体’”。
Rii＝f（β）（生物控制论Ⅰ）
“生物控制论”的定义
现在我们已经提出关于有机体的自调节问题，目前我们理论的有关命题是，自然系统（因此也包括有机体）通过稳态附近的一系列自稳作用而适应其环境。因此，可以把生物的自我调节现象看作是通过对有机体稳态的维持而适应环境的一个例证。
我将主张把有机体作为在其环境中自稳定的开放控制系统来看待，这样就形成一个一致的观点，由此观点出发来考察有机物与无机物的自然组织方式。值得注意的是，与这一前提相反，直至1955年辛诺特还感到对有机体的自调节的考察本质上暗示着自然界有一种根本的二元性。他设想生命物质是有组织的自调节系统这一事实表明了“生命科学的基础与物理科学的基础是有区别的”（重点是我加的）。在冯·贝塔朗菲认为只有有机体的开放性才是它们的根本特性时，这一区别甚至又重新出现在他的论证中（贝塔朗菲一定不会希望受到二元论自然观的束缚）。但这里所采用的理论消除了这种二元论，仅保留基本同型的系统之间的具体差异。差异的产生归因于自然界等级体系上层的高度组织性：从热力学角度看，系统变得越来越不可能，并且越来越依赖于受到严格控制的与环境的关系。处于十分易变的稳态中的自我维持复杂系统为了从环境中输入自由能这一目的，需要系统边界的永恒开放。这决定了新陈代谢的一般机制——分解并同化负熵的输入品以及排泄熵废料的输出品。因此，由于有机体对控制稳定作用的需求，我们把有机体看作是连续开放的系统；而不是由于它们的连续开放性把它们看作是高度组织化的系统。
自然系统开放的程度和持久性是在热力学非平衡中通过自调节使稳态得以维持的结果。由于控制论的自调节是一个普遍的系统特征，所以，这一概念框架通过生物控制论与其他（物理的、社会的）系统中控制过程的同型性显示了自然界的一致性。
大多数有机体的稳定状态并不是完全静止不动的：它们的参量不完全与时间无关。在时间函数中，生物系统采用新的稳定状态。时间界限的变化就是区别胚胎、幼年、成年、老年有机体正常状态的那些变化。在其生命的每一时期有机体保持着合适的稳定状态。因为这些状态自身随时间变化，所以它们只是准静止的。它们借助各种过程维持这种状态，在这些过程中有一些属于“内环境稳定”（“homeostasis”）过程，另外一些则属于“学习”过程。二者之间的主要区别在于，内环境稳定通过行为的遗传程序维持现存的生物结构，而学习却是依靠基于个体经验的进化的行为模式维持生物的结构。因此，我们在这里把这两类过程归类于“生物控制论Ⅰ”这个总标题下，并将依次对之进行探讨。
有机体：适应性自稳
（Ⅰ）各种内环境稳定
有机体生活在一个隐藏着敌意的环境中，它必须提防可能使其微妙平衡的组分遭到破坏的那些输入。超量的输入，即便是必需的能量和刺激，都可能是有害的，并且对有机体来说，首要的生存任务就是减少和避免偏离它们与环境相互作用所要求的标准。高度适应新环境的细胞和细胞器可能服从温度、pH值、氧饱和度和其它参量的微小变化。有机体的自调节——凭借它，通过适应性地抵消潜在的有害外界能量和刺激，有机体维持着它们必需的恒定性——用坎农最早提出的术语内环境稳定来表示。
内环境稳定自调节可以作为控制过程来理解，这一过程包含了处于不断发展的与外界环境相互交流关系中的有机体。有关约束的特定分布的参数在有机体的控制中心译成密码，这些约束总起来就意味着有机体的正常状态（其合适的准静止稳态）。在进化程度较高的物种中，控制中心的功能在自主神经系统中得到体现。有机体为了维持自身处在这些状态及其附近就需要自调节，所以有机体的自调节是以针对环境的积极行为为先决条件的，而积极行为又需要自主的动力来支撑。后者靠躯体的新陈代谢来提供，因为躯体能够吸收并分解物质，而且为了自调节目的还能利用释放出的能量。相关的环境状态信号必须到达有机体的控制中心，因为正是根据这些环境状态来调节它自己才使得有机体能够达到并维持其准静止稳态。提供信息的功能是由感官感受器来完成的。有机体控制着一个内在能源，所以它不需要通过感受器所产生的信号为自我调节提供能量。一个低能级的外部信号能够被有机体转换为一个高能反应。这代表了一种“信息的或感觉器官的耦合（“informative
or sense-organ
coupling”），在人工伺服机构中它也能实现。由于反应不是由信息所携带的能量决定的，而是由信号与系统内“密码”（规范）的一致性决定的，所以微弱的信号能够与较强的反应相耦合。一个雷达信号能够与操作机械装置的重型马达相耦合；眼睛内视觉神经的一个低能级刺激能够与紧张的肌肉和神经活动相耦合。在每一种情况下，正是输入与系统密码的联系决定着所产生的输出种类，而且通过将输入的相应变化与能源相结合，输出可被放大。内环境稳定如同伺服机一样对输出加以选择，以便把来自系统组织要求的输入偏差降到最小。这就是减少偏差的负质馈过程，它靠密码（“程序”）来控制，并把输入与组织之间的特定匹配作为它们的目标。匹配是由有机体对其刺激所作出的合适的行为反应达到的。饿时要吃，渴时要喝，交配，睡觉等等都是减少偏差的负反馈过程，其目标直接指向信号（输入）与保持有机体正常状态的密码（按遗传程序的准静止稳态）的匹配。
除了直接作用于环境的行为反应外，有些内环境稳定的反应通过对有机体状态的部分和暂时的调整来补偿环境状况的变化。这些都是内环境稳定的经典例子。（图6）例如，如果有机体发现自己位于高海拔处，它的反应也许不是下降到较低的地方（这可能行不通），而是通过刺激红血球制造系统以增加红血球的供应来补偿肺中空气的含氧量的减少。当空气中含氧量正常（也许是通过一个新近的行为反应把有机体带回到通常的居住地）时，红血球就会减少。当环境条件干燥时，情况与此类似。当有机体的水分摄入减少时，垂体后叶激素就被分泌出来，它有抗利尿的作用，并且能通过肾脏控制水份的排出。当水的供应充足时，垂体后叶激素的分泌就被抑制，通过肾脏的排出也加快了。如果几种物质（如蛋白质、脂肪、钙等等）中有某种没有通过正常渠道给予供应，那么体内贮存的这种物质就要释放出来。如果皮肤温度下降，那么较高速率的心跳会通过增加血糖和交感肾上腺的活动产生身体热量；自动的肌肉活动，如发抖，也会产生相同的效果。如果皮肤温度上升，那么就要出汗，而汗的蒸发会降低体温。借助于这样的刺激-
反应模式，有机体维持了内环境的基本恒定。对人类而言，这些包括血压、血液的含氧量（坎农列举了不少于十四种单独指向这个目的的内环境稳定过程）、水含量（水含量与三天之内水的实际摄入量和排出量无关）以及糖、盐、蛋白质、脂肪的供应等等。在内环境稳定中，负反馈激活了反应模式，使得有机体感觉到的输入与其组织需要之间只有最小的误差幅度。
内环境稳定偏差尚能还原的输入的临界值是值得重视的，特别是在拥有发达神经系统的有机体中尤其如此。例如，在界限以内出现这样的输入：一个尖锐的物体深深地穿入有机体的某一部位。如果受伤部分不是致命的器官（例如心脏或大脑），那么自稳定的临界值就未被逾越。在这种情况下，内环境稳定包括治愈过程，或许还包括更新过程。复杂的反应与输入相耦合，例如：某人的手瞬间离开灼热的表面。进一步的信号使得接近伤口处的细胞活跃起来，通过分裂产生数量充足的细胞，而且这些细胞能借助于目前仍未完全理解的过程流向受伤的部位而提供一个表面覆盖层，这一覆盖层比最终需要的要厚。当表面已经形成的时候，随着细胞退至正常密度，这一厚层就渐渐变薄。至此，治愈周期就完成了。
通过非局部性的一般适应过程，由环境所产生的极度紧张也可以被减轻到与有机体的需求相一致的程度。这种情况下的扰动输入称作为“加压者”，而内环境稳定对它的反应是“由特殊的症候群所表明的状态，这种症候群是由生物系统内所有的非特殊诱导变比组成的”。在“普遍适应症候群”中可以区分出两种类型的反应：主要变化，它在形式上及因果关系上都不是特殊的；次要变化，它表明普遍适应症候群的特殊模式。第一种变化引起第二种变化。后者是由三阶段组成的：“警告反应”，“抵抗阶段”，“消耗阶段”。事实上，有机体的每一器官和比学成分都参与这三个阶段的紧张反应。该过程发生在出现“加压者”的情况下，“加压者”相当于种种扰动输入；这种反应是通过感觉和响应使有机体适应加压者的三个阶段反馈过程。例如，如果把身体暴露在严寒（加压者）中，那么肾上腺的皮质首先排出可利用的油脂颗粒，它含有表皮激素（警告反应）；然后，体内充满了数量极大的油脂微粒（抵抗阶段）。不过，如果身体继续暴露在严寒中，那么油脂微粒最终就会消失（消耗阶段）。
压力症候群描绘了一个受时间制约的内环境稳定过程，它减少了特定的输入（加压者）与有机体适当的准静止稳态之间的误差幅度。借助于有机过程的部分重组，它完成了一种匹配并可保持有限的一段时间。此后，加压者被证明是超过了有机体自稳的内环境稳定的临界值范围。
也许内环境稳定形式的最值得注意之处就在于：整个有机体都是由它的一些适应新环境的细胞重新构成的，而且母体有机体的残余部分最终将腐烂（“死亡”）。个体的大量死亡是复杂物种为适应性而付出的代价。然而，繁殖只不过是内环境稳定的一种特殊表现形式。一个物种的现存组织依靠错综复杂的程序过程（包括个体的周期退化和周期更新在内）能够维持其个体成员所不能达到的一段时间。衰老和死亡同出生和生长相抵消，物种维持着表示其基因类型的组织。基因所携带的信息严格控制着这些过程，而环境仅仅决定着这些过程的实现。基因携带着全部“指令”以便用适应新环境和新功能的生殖细胞重建成成熟的有机体；于是，在为种系发生的重组提供工具的同时，生长过程在性质上基本上就是内环境稳定。为了通过旧结构的重新组合产生新结构，就必须生产信息，然后加以利用。如果旧结构包含了必要的信息，那么新结构就表现为对旧结构固有程序的实施，但如果以为所出现的结构意味着重组，我们就错了。从如此形成的特殊系统的立场上看，出现的结构也许是新的；但是根据母体系统的密码指令而产生的组织类型并不是新的。因此，生长虽然是发展适应性的一种机制（因为遗传指令的实施是由环境的特性所决定的），但生长本身是一个保守的（稳定的）过程而不是一个创新的（重组的）过程。
利用沃丁顿的概念，我们可以把生长和发育分类为同流（［homeorhesis］源于希腊语水流、流动之意）。在同流过程中，不变的不是一个静止状态而是一个流动过程（a
flow－process）。例如，倘若扰动引起同流过程偏离其正常路线，那么它的负区馈控制机制并不是使它恢复到受扰动时它所在的位置，而是使它恢复到如未受扰动它应该发展到的位置。这种流动过程遵循着相对确定的轨线，沃丁顿称该轨线为必然路线（［chreods］chre，指注定的或也、然的，Hodos，指路线）。生长中的许多错综复杂的过程，从受孕和胚胎形成，经过出生和成熟，描绘了程度不同地顺着确定的必然路线前进的同流过程。这种必然路线借助于遗传结构编入生物系统，并且在实现过程中由系统所处的环境决定。因此，表现型是通过基因所携带的密码的相互作用以及它自身所遇到的相关条件从基因型基础上建立起来的。例如，自然选择作用于表现型，而选择的却是基因型（正因为如此，基因型才被一代一代地遗传下来）。
当我们把同流发育过程置入有机体存在功能的范围内时，它们就表现为有机体内环境稳定的特殊情况。如果一个复杂和生来受时间限制的系统的自我维持包含了退化和更新的交替循环，那么结构的更新过程一定受到系统的控制，而且这些控制在性质上一定是同流的，即，它们必须把过程恢复到其正常的发展模式（而不是恢复到受扰动时表示过程特征的标准）而使扰动减少。原先稳态的重新建立会抑制更新，并打乱生殖循环的所有内环境稳定。所以，发育系统内的动态多变量调节的复杂过程必须按照功能观点看作是内环境稳定系统现象。在那种情况下，如果不能清楚地了解其详细机制的话，那么至少可以清楚地了解其机能。
（Ⅱ）各种学习
我们区分了自稳的生物控制论Ⅰ的（1）遗传程序过程，和（2）从经验上学到的过程。后者可以归入学习这个一般概念中。
传统上的“学习”是指，人们懂得所获得的“事实”、看法和信念并能对其进行回忆，以及相互关联的反应方式。今天，“学习”的含义已经扩展并被置入整体论的有机范围。例如，克劳斯在最近的一篇文章中将学习定义为极其普遍的过程，这一过程影响着人存在的各个方面：学问、智力、兴趣、观点、情感反应、社会的和观念的调整、思维方式和行为方式。在各种学习**同的要素是，学习是由某种形式的能动性支撑的，以这种能动性有机体追寻着有意识或无意识的目标，进而达到摆脱一种处境或一个问题的目的。照这样看来，有机体的处境确被改变了。因此，学习就是“对行为的修正，这一修正是通过对环境关系对个体提出的问题的‘解决’来完成的”。
学习过程已经用人工模型容易地研究过了，尽管按一定尺度简单化了，但人工模型显示了动物和人类的更为复杂的学习特性的操作类型。从控制论的观点来看，学习就是通过把系统的状况告知以后的系统从而改变编入系统中的程序（或规范）。“学习机”内这样的改变允许系统通过适当地重新排列其密码而适应这些环境状况。学习机与普通的非学习机不同之处在于它们具有维纳所说的“灵活的”（与“死板的”相对而言）性格：它们“向经验学习”而不连续不断地犯同样的错误。当然在这里，“错误”指一种相互作用，这种相互作用不能完成编码于系统中的操作，它归因于对实际环境状况的不适应性。灵活的编码（即“动态的程序”）允许系统重新组织其程序以适应通过感受器反馈的信息。因此，即使处于变化的周围环境中（这些环境使得非学习机无效），学习机也能实现预期的操作。
从“死板”到“灵活”的程序范围可以用人们熟悉的例子给予说明。下列各等级可以区别开来：
（1）单值固定程序。例如保持一定温度的冰箱或空调设备。
（2）定值固定时间曲线。例如适合于化学制品、织物等等的逐渐加热或冷却系统。
（3）系列值（以一定的顺序）固定时间曲线。例如具有洗、漂以及甩干循环组成的程序（以一定顺序）的自动洗衣机。
（4）具有由信息反馈决定的短暂顺序的程序。例如依照过程中的每一步顺序协调生产过程各阶段的工业控制线路。
（5）带有由信息反馈决定选择的备用于程序的程序。例如具有“管理”能力的工业控制线路，也就是具有中止程序能力，或者具有在紧急情况下改变程序的能力，或者具有依据工厂中现实情况使过程加快的能力的工业控制线路。
（6）最优化的动态程序。这种动态程序具有按照信息反馈所提出的需要重新编排程序的能力。例如按照步骤上的成功与否修正自己策略的博弈机。
以上列举的这六个等级把我们从一个具有完全死板特性的系统（例如一台预先装配好的空调机）带到一个具有完全灵活特性的系统（例如一台自我改善的博弈机）。每一系统都能完成基本程序中给定的一套操作。不过在变化的环境中，系统越是灵活，它就越能在较大的范围内成功地完成任务。程序（1）到（3）是无反馈系统，不能补偿其外界（“操作领域”）的变化。程序（4）和（5）是负反馈系统，在变化的环境中，它能够借助于改变子程序而维持特定的程序。在程序（6）中还加上了正反馈，在超出最初程序的可行性（即效能）的限度时，它能够发展为新程序以完成操作。这样的系统包含了一个高水平的决策者或程序选择器，它不仅能够识别最适合的现有程序，而且为了迎接环境变化的挑战而在系统的“自由度”内还能写出新程序。学习，就具有这种程序（6），人们常在高等生物中发现它的踪迹。在这方面，人类比其它任何物种更为杰出；事实上也许可以这样说，正是这种学习能力才使得人类与其它物种区别开来，而且保证了人类对其它生物的控制与支配。近年来，已经研制出了具有类似（尽管很简单）能力的人造系统，而且正是因为机器可能进化出更强的学习能力才助长了那些作家的想象力，他们预言了一个机器时代，在这个时代，机器人最终使它们的创造者沦为奴隶。
学习，即使在能够写出新程序的高级形式中也不是必然要有一个通常称作“有意识”的过程，也就是说，它不是以人们精神活动的高级意识为先决条件的。（但另一方面，由于在形成新程序以改进那些子程序之前系统必须收到各种子程序获得成功的信息，所以它又是以某种程度的自我意识为先决条件的。）有时候，学习也许是一个与“心理”过程相对的“生理”过程：即使没有意识到所发生的情况，身体也能完成这一过程。这种情况属于有机体学习等级的较低层次，而且这种情况——当然同较高级的学习种类一起——也存在于人类中。现在发现的“生物反馈学习”的实际情况提供了这种生理学习最引人注目的例证：“生物反馈学习”就是对某些内环境稳定标准进行适应性的程序重编。心跳、肾功能、血压、血流量、肠挛缩和胃挛缩、甚至胞波可能都服从于有机体从整体上对其环境的适应性反应功能的调节。洛克菲勒大学的N．米勒已经率先完成了关于这方面的实验，并且利用了正增强原理和负增强原理。最初，用老鼠做实验，“为了快乐”而给它的大脑“装上电线”（也就是把电极嵌入大脑“愉快区”附近的神经未销中），然后逐渐过渡到用人来做实验，即把人也诱入一个产生奖赏的网络中（网络告诉他们何时已经达到了目的）。米勒和地在康奈尔大学与哈佛大学的同事们已经表明，有机体能够重组其遗传编码的内环境稳定标准作为优化奖赏频率的手段。虽然不清楚通过什么样的过程，但老鼠及人的受实验者可以放慢和加速它（他）们的心跳速率，可以降低和升高它（他）们的血压，可以减少和增加它（他）们的胃壁内的血流量。低级的学习是在复杂的热血生物体中的生物控制论Ⅰ的一个新的和引人注目的例证。当环境变得有利于生物体稳定状态中的某些种类的变化时，就逐渐产生这些情况：生物体由此把有益的（匹配的）输入增加到最大限度而避免有害的（不匹配的）输入。
对于人类而言，生物反馈学习是最近发现的一种无意识的学习形式，但是与此相类似的东西已经以多种形式存在于各种有机体之中。学习，正像生理学家和心理学家现在所主张的，同生命本身一样古老，它是自调节系统对环境媒介中的变化的适应。随着有机体数目的增加（因为种和属的繁殖），生存条件更为多变，其风险也更大，有机体的遗传结构日益变得不足以保证其生存。这时，学习就是必需的了。它采用适应性反应的形式，这种反应引起遗传行为模式的调整以便适应现存的外界环境。用索普的话来讲，学习代表着“这样的过程，对多少有点固定不变的自主动作或行为模式进行调整，并且对多少有点死板僵硬的放松机制进行调整，以适应世界上的变化和生存机会”。它基于一个巨大的预先编制好的程序网络之上，在自主神经系统和其感觉运动神经反射弧中使多种多样的反射模式活跃起来。但是，学习意味着将经验习得模式建构在遗传密码模式之上。生物的学习范围从神经系统相对原始的有机体，只能对直觉模式进行较小的调整，一直延伸到具有高度发达的神经系统的有机体，采用理性和审美的顿悟形式进行的学习。索普把种种学习分为五类，正如我们将要看到的那样，它们复盖了从原始有机体到人类的整个范围。
索普所区分的第一种学习过程是习惯形成（habituation）：它是这样的一个过程，在变化了的环境中认遗传模式产生行为方式，变化了的环境使得遗传模式成为多余的或不相干的。例如，假如反复的噪声对鸟无害的话，它们就会习惯这些噪声，并且不再飞离。通过习惯形成，有机体保持行为成为经济的和高效的；由此有效地改掉多余的模式。
第二，条件作用：对环境的某一相关特征所建立的行为反应，它是通过对一先于该特征的另一特征的反应而建立的。可以区分两种类型的条件作用：一类可能存在于亚脑皮层，它是为使先天释放机制活跃起来而通过用某个信号刺激来代替另一个信号刺激来实现的；另一类不可能存在于亚脑皮层，它是靠导致合适的释放体的一系列特殊行为的建立而实现的（“仪器条件作用”）。
第三，试错学习：它包括问题的出现（在食欲行为方面尤为典型，通过改变在此环境下能够完成完善行为的外界状况而使问题出现），“假设”的建立和反复试验的证实活动。布鲁纳和波斯特曼认为，所有的认知过程都包含这样的“假设”（期望），“假设”是有机体在其行为活动过程中建立起来的。在较低级的生物种类中不是有意识地接受假设（也并不总是在人类中），不过，假设是以有机体的接受能力为条件的，而且需要进一步的探索活动以证实它们如果“来自于环境的信息输入”与“假设”相匹配，那么就证实了后者；如果二者不相匹配，那么就要修正假设，产生“合乎逻辑的假设”。根据过去对假设的证实程度，相互竞争的不同假设的限度，假设与满足生物体需求是否直接相关，以及如果详述的话，它们与其它人的假设的一致性程度，假设也有强、弱之分。总之，由证实了的假设导致的行为模式体现出有机体对新的（或者只不过是新近发现的）外界环境状况的适应性。
第四，潜在的学习（latent
learning）：典型的试错学习，但没有直接的问题作为阻碍通向完善行为的动因。相反，这是一种不需要证据支持的探索活动。许多动物部沉迷于这样的探索中（黄蜂与蜜蜂沉迷于学习其环境的地形，老鼠沉迷于箱子中无食物的迷宫，猴子沉迷于并不指望得到食物的活动中，最后，人沉迷于并不指望得到任何奖赏的活动中），而且它们都显示出通过这样的探索已经学到了东西的迹象，因为它们在重复活动中的表现优于最初的表现。索普认为这类学习包含“顿悟”（“insight”），他把“顿悟”定义为对联系的理解。他接着说道：“那里暗含着所熟悉事物的高度组织化的背景，在这种背景衬托之下，某个需要研究考察的新事物被突出出来。待研究完成以后，这个新的对象对知觉世界来说就是‘固有的’了，像其它事物一洋，现在人们对它已经熟悉，再通过‘转移训练’，今后可能会被忽视。或者在不同的场合以后可能会被利用”。
第五，直接的“顿悟学习”（“insight-learning）；一种在试验性行为中未达到的新的适应性反应突然地产生了；通过对经验的突然的适应性重组解决了问题。”有关这方面的例子，从昆虫到人类，涉及很广：蜜蜂在定向和定位方面表现出了这一点；蚂蚁通过设法绕过其道路上的新障碍物表现出了这一点；鸟在工具的利用能力以及前语言的（pre-linguistic）计数能力方面展示了这一点；老鼠在穿越原先被阻挡的道路从而在迷宫中找到捷径的方面显示了这一点；而哺乳动物，从较高等的类人猿到人类，提供了无法计数的，对每个人都熟悉的实例。所有这些学习过程都表明了从顿悟中获得收益的迹象；考虑到与有机体环境需求的联系，这些学习过程也都表明了对环境中对象之间联系的理解日益增强的迹象。用索普的话来说：“从整体上看，最近几年的研究已经证实……在某种程度上，所有学习都是与顿悟基本上相同的过程的表现形式”。适应性导致学习，而学习导致对联系之网的某种顿悟，在联系之网中，有机体发现了自我。顿悟，若要充分明确表示它含义的话，成了经验认识的基础。
完善适应性之链通过感觉过程将先天释放机制、动机明确的行为和学习导向智力。皮亚杰强调，智力并不就是人脑的一个独立的、唯一的功能，而是生物对环境的适应和生物在环境中的行为的继续。根据皮亚杰的观点，智力不与本能相分离，也不与试错学习相抵触：它是“精神适应的最高度发达的形式，也就是说，当主体与宇宙之间相互作用的范围超出了直接的联系和暂时性的联系时，就这种相互作用而言，智力是必不可少的工具”。
皮亚杰从基本感觉过程和基本行为过程研究了儿童逐渐显现的智力，从而说明了人类智力的发展。在婴儿的成长过程中，新的因素被吸收到先天的反射行为图式中，而且凭借这种手段，逐渐形成高级秩序图式。靠彼此的联系，这些图式逐渐形成了行为的广泛适应模式。（例如，先天的吮吸机制被完善化，而且适应于不同的对象；这些都和身体的运动相互关联，身体运动导致对变化的环境状况更令人满意的反应的操纵和提供。）当儿童将知觉与行为协调起来并按照所期望的结果重复身体的运动时，智力便显示出来。成长的各个阶段都包含着知觉器官随客观对象的不同而进行的调节，也包括在运动、前景和背景（fore－and－background）图式下为区分它们而进行的学习。于是，在对先天激发因素与外界环境状况之间的联系的理解过程中，依靠知觉的定型化发展，通过组编“次级图式”，关于形状和大小的意识便发展了起来。通过不断的试错学习，更深层次的图式便被同化，并已，稳定的时空世界逐渐形成为一种自我在其中逐渐独立的环境。
在这种从