细胞生物学哲学（三）
各个长度和相当恒定宽度的丝状线粒体；高密度的散射小元素在细胞核周围特别丰富，大概代表高尔基体；以及整个细胞质延伸的精致蕾丝工作。 （1945：246）
参见标题，显示电子显微镜图像比光显微镜提供了更细更多的细节
图4：用电子显微镜（左）和光显微镜（右）观察到的组织培养的雏鸡胚胎的成纤维细胞图像的比较。来自Porter，Claude和Fullam（1945：Plate 10）。
除了创造足够薄的制剂以使电子束穿透的挑战外，研究人员还面临着为电子显微镜制备生物学材料时面临的许多其他挑战。例如，必须将样品放在真空中，这需要首先去除所有水，即细胞的主要成分，而不会引起许多扭曲。几位历史学家和哲学家（Rheinberger 1995，Rasmussen 1997和Bechtel 2006）研究了生物学家如何应对这些挑战并评估了所得显微照片的可靠性。他们如何应对一个挑战（在图像中创建足够的对比）对产生的图像产生了重大影响。光学显微镜已经是一个挑战：细胞材料主要是半透明的，因此传播的光主要是相同的波长，因此很难区分图像中的各种结构。为了应对挑战，19世纪中叶的轻度显微镜者开始尝试用于织物的染料。如第2节所述，弗莱明（Flemming）命名了他观察到的核结构，因为它们结合了他使用的苯胺染料。电子显微镜的问题相似 - 电池组件阻断电子传输的能力几乎没有不同。电子显微镜研究员发现，在光学显微镜中使用的几种固定剂，尤其是涉及重金属的固定剂，增强了阻断电子的能力，因此在所得图像中的对比度。鉴于对给定的化学物质在细胞内的结合的知识很少，因此研究人员对这些污渍的研究主要是由尝试使用它们应用它们的不同化合物和程序（在Palade 1952年的1952年，对osmium tetroxide的研究中的例证）所追求的，以了解什么他们可以生成的图像。实际上，不同的污渍（四氧化物，戊二醛等）确实产生了不同的图像。
4.2工件挑战
由于对污渍的理解很少，因此怀疑论者通常会怀疑他们在细胞中揭示了实际结构。 Bechtel（2000，2006）重点介绍了三个考虑因素，这些考虑在科学家评估了显微照片是否对细胞的信息或仅对制备方法的伪像是有益的：（1）显微照片本身的质量 - 它们表现出独特的模式？ （2）结果的鲁棒性 - 可以使用不同的技术（例如，通过光和电子显微镜或多种污渍）产生可比的结果？ （3）结果的理论合理性 - 它们是否适合连贯的理论说明？虽然第一个很少在哲学叙述中评论，但值得注意的是，科学家倾向于假设如果图像揭示了独特的，可复制的模式，它反映了来源中的某些东西（尽管例如，如果例如，如果例如研究人员展示了如何通过其他方式生成模式）。关于第二个的哲学讨论已经进行了广泛的哲学讨论，即当独立手段产生相同的结果时，它反映了世界上一个既定的实体（Hacking 1983; Culp 1995; Stegenga＆Menon 2017）。但是，该标准在仅在电子显微镜等新技术产生的时刻证明是不足的，这是最有争议的，当时图像包含超出可以使用其他现有技术检测到的结构以外的结构。在这些情况下，模式的独特性以及有关发现的理论合理性的考虑是研究人员可以使用的标准。但是，呼吁理论上的合理性似乎是循环的，因为在传统的哲学叙述中，理论是通过该技术产生的证据来检验的。但是，开发出一种合理的理论，该理论与实验发现和其他证据相吻合并不容易，并且当他们能够做到这一点时，科学家将其视为支持他们的判断，即这些图像反映了真实的结构。为了说明如何在细胞生物学中调用这些考虑因素，我们提出了两个示例哲学家已经检查了有关微观图像中显示的结构是真实还是人工制品的冲突。案件以不同的方式结束，一个人接受结构，其中一个被拒绝。
第一种情况涉及高尔基体，首先是由他引入的硝酸银染色在光学显微镜研究中首次描述的。 Palade and Claude（1949a，b），现代细胞生物学的两个先驱，最终将分享诺贝尔奖，他认为它是染色的伪像，包括与四氧化物的Osmium tetroxide（Palade帮助建立了电子的主要污渍显微镜）。他们不仅吸引了高尔基体的可变外观，就像较早的怀疑论者一样（Strangeways＆Canti 1927; Parat 1928; Baker 1944），而且还可以通过添加与高尔基体相似的髓鞘形象的能力来创建与高尔基体相似的能力osmium to蛋白。正如Bechtel（2006）所讨论的那样，这证明了高尔基体是一个人工制品的令人信服的证据，但是在这种情况下，证据最终被搁置而没有被驳斥。尽管Palade对高尔基体保持了15年的怀疑态度（他的实验室的研究人员报告说，在此间隔期间不允许他们提及它），但他终于接受了其现实，当他的实验室中的研究人员证明许多新合成的蛋白质通过了。高尔基体的细胞区域出现在被分泌的路上。但是，他没有解释为什么改变主意。这项后来对高尔基体机构的研究，但他早期对高尔基体存在的怀疑，并在1974年的诺贝尔奖引用中被指出。帕拉德本人后来对两次评论做出了贡献（Farquhar＆Palade 1981，1998）谁对高尔基体的现实表示怀疑，但他从未提到自己的说法是人工制品。似乎特别显着的是，由于他的实验室研究，高尔基体与以前没有以前没有的方式相关联。现在，它适合一个合理的理论，在该理论中，它在包装蛋白中以从细胞出口出口。 Bechtel认为，这通常是研究人员接受通过新技术确定的实体现实的主要因素。
第二个例子来自细菌细胞的早期电子显微镜。查普曼和希利尔（Chapman and Hillier，1953年）观察到革兰氏阴性细菌中质膜的凹陷，他们称之为外周体。罗伯逊（Robertson，1958年）将其重命名为中粒细胞，许多研究人员与许多细胞功能有关，然后在1970年代被拒绝为伪影（Silva等，1976）。拉斯穆森（Rasmussen，1993）分析了这个例子，认为将真实实体与诸如稳健性之类的伪像的哲学标准不足以解释科学家对中介体的不断变化的判断。当查普曼（Chapman）和希利尔（Hillier）首先提出了介体存在的理由时，他们不得不解释其显微照片和光学显微镜观察的差异，认为只有在带有光学显微镜的图像中出现的膜实际上是由于中介质而引起的。在低分辨率下成像。拉斯穆森（Rasmussen）辩称，他们提供了这种令人费解的论点，而不是将介质作为人工制品，因为他们正在促进新的电子显微镜。他进一步描述了他们的主张是如何促进旨在净化和生化特征中介体的研究计划的，以评估有关其功能的建议。最初，这支持了对中介体现实的主张，但其他生物化学家提供了矛盾的证据。此外，还通过冻结具有自己热情的倡导者的电子显微镜来准备电子显微镜标本的另一种新技术，这些倡导者产生了没有显示中体的显微照片。根据拉斯穆森（Rasmussen）的说法，这些相互竞争的发现，而不是鲁棒性，决定了科学家对介质的判断。
介体的情况吸引了其他科学哲学家的重大兴趣。 Culp（1994）挑战了拉斯穆森（Rasmussen）对介质史的解释，认为将介体拒绝作为人工制品的拒绝实际上是基于稳健性最好的解释。特别是，她指出了来自生物化学家的组合数据，这些数据揭示了细胞质膜和标本之间几乎没有差异，据说是来自中膜体和新一代的电子显微镜医生，这些杂物会暗示介质，glutaralaldehyde，用于生成微量表，用于生成微量表，用于生成微量表。他们。她声称，这些鲁棒性的考虑因素足以使社区拒绝中牙。在后来的论文中，拉斯穆森对Culp的分析做出了回应，继续保持当地细节，而不是诸如鲁棒性之类的原则，决定了科学家对文物的判断：
诸如鲁棒性之类的一般原则太模糊了，无法保证任何事情，因为在充分描述时，就会出现这种原则的实例化方式是泛滥的，而魔鬼则在细节中。 （2001：643）
其他几个哲学家也接受了介体的情况。 Allchin（2000）将介质体的初始证据描述为鲁棒，并描述了随后的研究表明如何通过膜变性产生颗粒以制备电子显微镜，从而导致重新评估，导致在中间的中间体中识别为人造体。韦伯（Weber，2005）认为，评估对伪影的主张的过程采用与检验理论假设相同的因果推理。据他介绍，当证据支持其是通过化学固定产生的说法时，介质被认为是文物。哈德森（2014：第2章）进步了另一种选择：据此，对研究人员最重要的是，他们是否认为为中介质体生成证据的过程是可靠的过程。
4.3细胞生物学图
微观图像，无论是十九世纪的手绘，还是在照片中捕获的，都非常详细。但是，知识细胞学家和细胞生物学家寻求开发的是更加抽象和一般 - 他们试图识别细胞中发现的结构类型，而不是所有实例。因此，细胞生物学家经常生成遗漏细节的图表。 Maienschein（1991）在威尔逊（Wilson，1896）的经典文本《开发和继承的细胞》中研究了这种做法的起源。威尔逊（Wilson）在书的早期提供了一张图（图5a），该图从一年前展示的更多充实的照片中抽象出来（威尔逊（Wilson），1895年）。他没有展示不同细胞器的所有实例，而是只提出每种类型的几个实例。使用暗示其形状的图标显示细胞器。这样的图可以传达细胞中发现的细胞器类型及其典型位置，但错误地表明，细胞中的大多数空间都是空的。 Maienschein认为，从照片到抽象图的过渡反映了威尔逊对他对他通过显微镜所看到的内容的解释的正确性的信心，以及“从呈现数据到代表理论”的过渡（Maienschein 1991：252）。其理论地位的一个迹象是，与显微照片或数据图不同的是，随着科学家的发展，这种数字经常经历许多修订。实际上，修改这些图是发展理论的一种手段。随着细胞现象的生化和分子叙述的发展，研究人员经常将Serpente（2011）的特征描述为从标志性到符号的过渡。他提供了蛋白质 - 蛋白质相互作用图和基因调节图作为符号表示的示例。
单元图，请参见标题
A. Wilson（1896：14，图5）的细胞图遗漏了通过显微镜看到的许多细节，以关注
机理图，请参见标题
B. Duve and Wattiaux（1966：468，图6）的异噬和自噬过程的机理图。
图5
类似的点也适用于细胞生物学经常出现的另一种类型的图表，即被视为负责特定现象的假设机制的图形（Sheredos等，2013； Abrahamsen，Shereredos和Bechtel 2018）。这样的图并没有试图显示所有细胞器类型，但是，如图5b所示，只有那些被认为与产生特定现象有关的那些细胞器类型 - 在这种情况下，将材料的崩溃分解为细胞（异质量）或细胞成分本身（自噬）。机理图的一个挑战是它们是静态的，而机制则参与了变化（细胞器的消化和剩余材料的驱逐）。一种常见的策略是使用箭头来表示活动，尽管通常在同一图箭头中可能具有多种不同的含义。然而，归根结底，观看者要对机理图表进行动画作用（Hegarty 1992） - 在心理上排练所代表的不同活动，并想象不同部分所产生的变化。
人们可能会认为，图仅是说明在文本上呈现的结果的一种手段。但是对科学家的实践的研究表明，他们对推理的关键要重要。在开发机械假说的早期，科学家勾勒出他们的思想。通常在起草文本之前就制作了机制图（以及显示数据或研究工作流程的其他数字）。图表通常在实验室会议上介绍，并且随着科学家们的主张进行了多次修订。研究人员通常仅在此过程结束时才能生成论文的文本。 Sheredos和Bechtel（2017年，印刷中）利用访问两个研究项目的图形和文本草案，研究了研究人员修改图表，更改文本然后进一步修改图表的交互式参与过程。
这个过程表明，当研究人员试图确定他们可以从实验研究中得出什么结论时，草图和重新草图机制发挥着核心作用。在他们检查的一个案例中，图表的早期版本提出了一个通过实验研究解决的问题，从而产生了为所提出的问题提供答案的最终图表。除了支持研究项目的实证主张之外，Jones 和 Wolkenhauer（2012）还对图表如何在正在建模的细胞机制的表示中定位计算模型所需的信息进行了富有启发性的讨论，
5. 认知问题二：从机制上解释细胞活动的策略
历史上著名的科学哲学家，如波普尔和赖辛巴赫，拒绝了对科学理论如何被发现的询问，因为它们不是哲学的（参见科学发现的条目）。然而，从汉森（1958）开始，发现引起了许多科学哲学家的兴趣。对细胞生物学（以及生物化学、分子生物学和神经科学等相关领域）的发现的调查启发了 Bechtel 和 Richardson（1993 [2010]），他们认为这些领域的目标不是构建法则解释（Hempel 1965），而是确定造成某种现象的机制并确定其如何运作。来自细胞生物学的例子在 Machamer、Darden 和 Craver (2000)、Craver 和 Darden (2013)、Bechtel (2006) 等人的机械解释中也占有重要地位（参见 Glennan & Illari, 2018，了解机制和机械解释的当代描述，以及科学的进入机制）。概念机制在本体论问题和认知问题的讨论中都有体现，但是这两种用途可以按照 G. Allen (2005) 提出的方式来区分。在本节中，我们关注他所谓的“操作或解释机制”（2005：261；该论文认为，为了解释目的，细胞的组成部分应该被设想为像机器一样发挥作用）；第3节涉及“哲学机制”（2005：261；有机体是机器或由机器构成的本体论命题）。
许多关注机械解释的科学哲学家的核心目标之一是描述科学家用来发展机械解释的推理策略或启发式（Bechtel & Richardson 1993 [2010]；Craver & Darden 2013；Gross 2018）。我们讨论在细胞生物学中发展机械解释的不同阶段中出现的推理策略：描述现象并将其置于负责的机制中，识别和表征机制的组成部分（还原阶段），以及确定机制内部以及机制与其之间的组织。背景（更全面的阶段）。
5.1 描述细胞现象并将其与责任机制联系起来
伯根和伍德沃德挑战了解释作为解释数据的普遍特征，提出了科学解释针对现象的主张。他们没有定义现象是什么，而是给出了例子：“弱中性电流、质子的衰变以及人类记忆中的分块和新近效应”（1988：306）。从这些例子中可以清楚地看出，博根和伍德沃德将现象理解为可重复的过程，可以通过多种方式通过观察或实验来检测。根据这一特征，蛋白质合成或细胞分裂等细胞活动被视为细胞现象。尽管现象通常被视为研究的起点，但 Craver 和 Darden（2013 年：第 4 章）确定了一些涉及表征现象的实验任务，例如识别沉淀条件、表现、抑制条件、调节条件和改变的非标准条件。现象的表现。他们还强调多种实验技术在确定现象特征方面的作用。细胞生物学的大量研究致力于确定启动或抑制细胞现象（例如程序性细胞死亡）的条件，并且细胞生物学家在开发产生这些现象所需的实验技术方面具有创造性。 Bechtel（即将发表）指出，作为解释目标的现象范围从高度特异性（低氧条件下肝细胞中的蛋白质合成）到更普遍的（一般蛋白质合成）。个别研究项目通常涉及非常具体的现象，而教科书或评论文章则讨论更普遍的现象。
虽然在研究人员开始确定责任机制之前，通常会对所研究的现象进行一些解释，但随着责任机制研究的进展，特征通常会发生根本性的变化（Bechtel & Richardson 1993 [2010]，参考研究人员重新构建该现象）。这可以用细胞研究的一个例子来说明。早期研究动物如何为其活动储存能量的起点集中在食物代谢产生的热量上。人们认为这种热量可以为其他活动提供动力，并且大约一百年的研究致力于解释动物的热量（参见 Mendelsohn 1964）。然而，在 Lohmann (1929) 以及 Fiske 和 Subbarow (1929) 鉴定出三磷酸腺苷 (ATP) 并证明水解时会释放大量能量后，热量被确定为只是新陈代谢的废物，研究人员转而专注于合成和ATP的水解。这成为了许多旧研究现在被应用的重构现象。
