1.1.2 植物和动物的结构

在植物学中，科学家们试图通过研究植物的形态，即植物的外观和结构，来理解植物之间的相似与不同。植物是复杂的多细胞生物，通过各种植物器官系统之间的协作，实现光合作用和蒸发等复杂的行为。植物包含三种主要的结构（根、茎和叶），每种结构都有不同的、特有的结构。例如，根包括支根、根毛、根尖和根冠。类似地，叶的横切面表明它有表皮、叶肉和维管束。这些结构又由一些细胞构成，在每个细胞内部还可以发现另一层的复杂度，包括叶绿体、细胞核等。像计算机的结构一样，植物的各部分组成了一种层次结构，层次结构中的每一层都有着各自的复杂性。

同一层抽象中的所有部分之间以某种定义良好的方式进行交互。例如，在最高的抽象层，根负责从泥土中吸收水分和矿物质；根与茎交互，茎将这些原材料送到叶子；叶子利用茎输送的水分和矿物质，通过光合作用制造养料。

在给定抽象层的内外之间总有清晰的边界。例如，可以说叶子的各个部分协同工作，作为一个整体提供叶子的功能，但与根的各组成部分之间很少有或没有直接的交互。简而言之，在不同抽象层的不同部分之间，存在着清晰的分离关注。

在计算机中，我们会在CPU和硬盘驱动器的设计中找到NAND门。类似地，在植物结构层次的各个部分之中，也有大量相同的特点。这是造物主实现简洁表示的方式。例如，细胞是植物中所有结构的基本单元，植物的根、茎、叶最终都是由细胞构成的。但是，尽管这些基本要素都是细胞，而这些细胞却有许多不同的类型。例如，有的细胞有叶绿体而另一些细胞没有叶绿体，有的细胞有不透水的细胞壁而另一些细胞的细胞壁是半透膜，甚至还有活细胞和死细胞的差别。

在研究植物的形态时，我们找不到某一个独立的部分负责一个大的过程的一小步，如光合作用。实际上，没有集中的部分直接协调较低层各部分的活动。相反，我们看到的是一些独立的部分，它们各自为政，每一部分都展示出相当复杂的行为，每一部分都对许多较高层的功能作出贡献。只有通过这些部分之间的共同协作，我们才能看到植物较高层的功能。复杂性科学把这称之为“突现行为”，即整体的行为大于部分行为之和[3]。

简单地看一下动物学，会发现多细胞动物具有和植物相类似的层次结构：一些细胞构成了组织，几种组织协作构成了器官，一组器官构成了系统（如消化系统），等等。我们再次注意到了造物主的简洁表达：所有动物的基本构成单元都是细胞，就如同细胞是所有植物的基本构成单元一样。当然，植物和动物是有区别的。例如，植物细胞由刚性的细胞壁包围，但动物细胞不是这样。尽管存在着这些差异，但毫无疑问，这些结构都是细胞。这是跨领域的共性的一个例子。

在细胞水平之上的一些机制也是植物和动物所共有的。例如，动植物都利用某种脉管系统在器官内传输养料，同一物种的不同个体之间都表现出性的差异。