2.1 培根歸納法
2.2 彌爾方法
2.3 干預與偵測模式
3.1 從斯坦爾的電磁學研究談起
3.2 生物學進入分子化之前 (1930s-1950s)
3.3 分子生物學早期 (1980s-1990s)
3.4 當前生物學
4.1 提供外推知識
4.2 為何該把模式生物視為實驗對象，而非一般實驗裝置或工具？
4.3 提供機制模組結構
曾經有一段蠻長的時間，只要提到「生物學哲學」就會被理解為是在指「演化論哲學」，其中討論的問題包括：演化理論的結構是什麼？（參看〈科學理論的結構〉）什麼是演化的單位？該如何理解「天擇」這個概念？（參看〈達爾文演化論〉［尚未發布，敬請期待］）「物種」概念 (species) 如何定義？（參看〈物種〉）如何區分？該如何理解「適應」(fitness)？演化論如何與古典遺傳學綜合？如此等等問題。生物學哲學的另一個重要的探討主題是它與其它似乎更基礎的學科如物理學與化學的關係，這是從傳統科學哲學延伸而來的化約論議題。傳統科學哲學認為，我們可以用階層性的架構來理解科學，最底層、也是最基礎，作為所有科學的基底的是物理學，上面一層是化學，再上層是生物學，然後依序才是心理學與社會學等社會科學學科。理想上，所有科學都可以化約至物理學，也就是以物理定律解釋其他所有科學的內容，哲學家稱為「理論化約」(theoretical reduction)。
就在理論化約的想法下，生物學哲學家開始對生物學各領域進行思辨檢查，他們想知道生物學自古典遺傳學發展至邁向分子化，古典遺傳學可以被化約至分子生物學嗎？我們可以用分子生物學解釋生物學其他學科的內容嗎？經過 1980 至 1990 年代化約論與反化約論的爭辯後，傾向反化約論的哲學家開始認真看待分子生物學以外的生物領域，如細胞生物學、胚胎學、發育學、免疫學等，這些學科研究內容與實驗緊密相關，加上科學哲學發展也開始注重「實作」(practice) 面向，所以，二十一世紀起的生物學哲學開始展開許多與傳統科學哲學不同、而且具有生物學本身特色的哲學新議題。
本文以生物學實驗為主角，扣緊實作進路精神，爬梳並整理近三十年來，生物學哲學的發展與內容。第二節介紹生物學實驗中的因果推理，從培根歸納法、彌爾科學方法開始談起，接著進入新機制哲學的框架下，介紹生物學家於實驗中最常使用的「干預與偵測」模式 (intervention-detection mode)，然而，隨著生物學家調查現象的複雜度，他們需要設計多次且因果關係多元的干預實驗以解開機制或發現路徑，甚至，發展出大型跨領域或跨階層的系列實驗。第三節介紹生物學實驗的另一種型態，有別於傳統科學哲學把實驗定位為檢驗或驗證理論，它是「探索實驗」(exploratory experimentation)。探索實驗目的不在檢驗理論，而是探索新規律性。我們從探索實驗的討論來源，到生物學不同時期的探索實驗樣貌，漸進把生物實驗著重探新、看重現象、仰賴實驗經驗所得的特性給描繪出來。第四節介紹模式生物 (model organisms)，說明模式生物在生物學實驗扮演何種重要角色，並且，為何我們應該把它視為一種實驗對象，而不是一般的實驗材料或工具，其中有個重要理由是，模式生物能提供實驗生物學家寶貴的研究素材，如生物構造和演化發育的模組結構，透過模式生物的親緣知識，生物學家可以更有效率地推理出其他生物物種知識。第五節介紹「實驗系統」(experimental system)概念，此概念源自歐陸科史哲研究傳統，有別於上述以英美分析為主的科史哲觀點，本節以分子生物學發現遺傳密碼和中心法則例示實驗系統及其重要內容。以上，均是生物學哲學家對生物學自古典遺傳學發展至今，所引發的重要生物學哲學議題，我們擷取其中重要的議題進行介紹，認識生物學哲學如何討論、分析它們，並賦予適當的哲學意義。
傳統推理方法有亞里斯多德的三段論 (syllogism)，三段論是從前提演繹出結論。以科學家來說，他們依據假設為前提設計實驗，從實驗得到和假設（前提）一致或不一致的結果（結論），以此驗證假設為真或為假。然而，十六世紀的自然哲學家培根 (Francis Bacon, 1561-1626) 認為三段論不是有效的科學方法，因為這表示科學家要先相信有某個前提存在，然後再去找與前提一致的經驗觀察，但這樣一來，科學活動就變成科學家僅是在「依據前提尋找經驗結果」以及「拿經驗結果驗證前提」的循環活動而已 (Bacon 1960[1620])。
培根曾說，實驗是引導科學家認識自然並建立科學理論的「開拓者」(pioneers)。對他而言，真正有效的科學方法應從觀察開始，不是假設。他把經驗觀察視為知識的「最低基礎」(the lowest foundation)，是起點。科學家在進行任何理論性的研究前，應盡可能地先去搜集與研究問題相關的事例 (instances)，將其分類、有系統地放入「存在與出現表」(table of existence and presence)，如此還不夠，應再盡可能地去找與相關事例相反的事例 (negatives)，將其放在「差異表」(table of divergence)。舉例：若科學家想研究什麼是「熱」？按照培根歸納法，他要先去找符合熱的事例，如拿一個透鏡將陽光匯聚在某個定點上，發現會有熱產生，然後，去找與熱相反的事例，也就是用同樣一只透鏡，把光匯聚在另一個定點，發現不會產生熱（如在透鏡的邊緣匯聚陽光），此時，科學家就會開始好奇：為什麼用同一個透鏡匯聚陽光，會有兩種不同結果？這過程使用的方法就是培根的「歸納法」(inductive method)，後來直接稱「培根法」(Baconian method)。[1]
為什麼科學家在從假設演繹出結論前，要先歸納？培根的理由是，歸納能讓科學家觀察到現象的差異，如用不同的凹凸透鏡匯聚陽光，在不同的位置匯聚（透鏡中心、邊緣、或其他位置）等，得到不同熱的現象。對培根來說，這才是科學實驗最根本的目的，對現象進行各種條件下的測試，再對經驗結果進行分類，排除看似屬於但測試發現不是的性質，然後再對歸納出來的性質進行研究，萃取出關於熱的知識。唯有經過這些經驗檢查 (authorization) 研究而來的知識，才是真的、可靠的自然知識。他認為，所有的自然研究者都應該從歸納出發，慢慢逐步建立完整的自然知識體系 (Bacon 1960[1620])。
由此可見培根對實驗的重視，他和波以爾 (Robert Boyle, 1627-1691) 後來共同提倡「實驗哲學」(experimental philosophy)。二十世紀邏輯經驗論，對實驗和理論的關係也有討論，但基本上，邏輯經驗論認為實驗是為了驗證理論而存在，說得直接些，實驗是為了服務理論。[2] 當科學家面對兩個理論不知誰真誰假時，實驗可作為判斷或仲裁理論的角色，也就是「判決實驗」(crucial experiments)（參看〈波普〉）。但後來有科哲家質疑判決實驗的看法，如杜恩 (Pierre Duhem) 以「證據不足以決定理論」挑戰邏輯經驗論對理論與實驗關係的觀點，他質疑：如果經驗證據不足以決定理論，那產生經驗證據的實驗還算有在為理論服務嗎？（參看〈科學知識的證成及其挑戰〉）這樣的批判使科學哲學家更進一步思考：實驗之於科學活動到底扮演什麼角色？所以後來也就有哈金 (Ian Hacking)、馬攸 (Deborah G. Mayo)、與弗蘭克林 (Allan Franklin) 等人發展的「新實驗主義」(New Experimentalism)。
生物學家常要在數據中推論規律性，他們最常使用的方法可追溯到十九世紀哲學家彌爾 (John S. Mill) 所提出來的方法，稱為「彌爾法」(Mill' s Methods)。彌爾法與培根歸納法有點類似。彌爾認為，人類最初也最基本的推論方法是歸納法，這跟他的形上學因果觀有關，所以，在開始介紹彌爾法前，我們先稍微提一下彌爾的因果觀。
彌爾把因果視為一種規律性，他拒絕人類在把規律性調查清楚前，就先引入任何抽象、神秘或不易理解的因果力。對他來說，真正重要的是，介於因果事件之間的「繼起（事件）的不變性」(invariability of succession) (Mill 1996 [1843], III, v.2)。繼起不變性是由許多先行事件 (antecedents) 和結果組成，如果有個科學家自始至終就只想對某個先行事件進行研究，而不去看其他相關事件，執意認定該事件就是造成結果的原因，彌爾會認為這樣的科學研究方法很奇怪，因為現象能保持繼起的不變性是由所有相關因素共同作用的結果，「真正的原因是所有先行事件的整體，我們沒有道理只對它們當中的某一個賦予『原因』這個名稱。」(Mill 1996[1843], III, v.3)（編註：「繼起」與「連續」(continuity) 是不同的概念，「 繼起」是 A 接著 B 而發生，A 和 B 可能是可區分的、不連續的，例如 A 是 B 的科學革命，A 繼 B 而起，但 A 和 B 不連續；「連續」是 A 和 B 和 C 連在一起不可區分，例如河流的流水是連續的。）
但為什麼一般人還是會很直覺地把某個最明顯的先行者看成原因呢？彌爾回答，這是為了符合實用 (pragmatic) 的目的。人類一般會把較不明顯的先行者看成條件，而不是原因，例如有個人在爬樓梯時摔死了，人們普遍會先去找樓梯階梯是否有障礙物或樓梯有損壞等較明顯的先行者，而忽略了他的體重，就算後來調查發現體重可能是造成死亡的原因之一，但一般還是會把體重視為條件，而不是原因。但彌爾不這樣看，他認為應把所有的條件和因素連在一起看，唯有把所有偶然的因素總和都調查清楚後，才會找出真正的原因，否則，單看某個條件或事件，都只是造成結果其中一個不充份的因素而已 (Mill 1996 [1843], III, v.3)。
那何時彌爾會認為某個事件是造成結果的原因呢？是「無條件且不變的先行者」，也就是不帶任何條件而且自始至終都沒有改變的先行者，它就是造成結果的原因，例如我們看白天過後是黑夜、黑夜過後是白天，在這個規律性下，我們不會說白天是黑夜的原因或黑夜是白天的原因，因為無論白天或黑夜都不是彼此「無條件且不變的先行者」，它們只是兩個不斷輪流出現的現象，太陽才是造成這個規律現象的原因――無條件且不變的先行者，當然還需要其他很多條件和因素才能造成白天與黑夜相推的現象 (Mill 1996 [1843], III, v.2)。
科學實作上，如何找到不變的先行者呢？先「分解混亂」，把一連串複雜的事件區分出哪些是先行者、哪些是後者，然後做實驗，也就是「人為地安排那些條件，做一個出來 (make one)！」「設想一下，如果只是拿後果和原因作比較，發現先行者表面上看和後果不變地連在一起了，但這並沒有證明先行者就是原因，直到我們扭轉過程 (reversed the process)，用先行者產生結果，如果能人為地先製造出先行者，這麼做之後，結果也真的出現了，此時歸納就完整了。」(Mill 1996 [1843], III, v.4) 這正是彌爾認為，實驗與單純或消極的觀察 (pure or passive observation) 不同，單純觀察無法把具有共存關係和因果關係兩種事件區隔開，因為兩種事件表面上都呈現繼起的不變性，唯有靠實驗，不僅能把因果事件挑選出來，還可以幫助釐清因果事件中的因果方向 (the direct of causality)。
彌爾方法是用來發現因果關係的推論方法，一共有五種：一致法 (the method of agreement)、差異法 (the method of difference)、合併一致與差異法 (the joint method of agreement and difference)、殘留法 (the method of residues)、相伴變化法 (the method concomitant variation)。這五種方法中，我們選擇最根本的差異法做介紹。[3]
彌爾的原文較為複雜，為了簡潔之故，我們引用陳瑞麟對差異法的表述：「在一群有已知共同條件的個例中，如果有一個現象出現在某些個例上，但沒有出現在其他個例上，又出現在該現象的個例有一個額外的條件是其他個例沒有的，則可以推論那個條件很可能就是造成那個現象的原因。」（陳瑞麟，2014: 162）彌爾在原著裡舉了一個例子：當有個人受到槍擊，子彈從他的心臟穿過，在所有條件不變的情況下，我們會說槍擊是造成那個人死亡的原因，因為槍擊之前，他活得好好的 (Mill 1996 [1843], VIII, v.2) 顯然，槍擊是彌爾所謂「額外的條件」。
事實上，科學家也常用差異法推理，唯一不同的是，他們會是直接用實驗干預 (experimental intervention) 產生差異。我們可以想像，一位生物學家正在調查某種抗生素是否會抑制細菌生長？他可能先把調配均勻的細菌混合液分成不同等份，接著對其中一組細菌混合液加入某些量的抗生素作實驗組，然後，對另一組細菌混合液加入相同份量的磷酸鹽實驗水作控制組，接著，分別對實驗組和控制組給予不同份量的抗生素和實驗水，開始紀錄所有組別的細菌生長數量。若我們將這位生物學家設計實驗的推理稍微加以形式化：把抗生素記為A，受抑制後的細菌數量記為 W，那麼生物學家就從可觀察的實驗資料或數據推出「在存在 A 的溶液 S1 裡，出現 W，而不存在 A 的溶液 S2 裡，就沒有 W」，如此便形成「A 是 S1 裡出現 W 的原因」（即抗生素會抑制細菌生長）這樣的假設。由此可知，科學家如何在實驗設計裡，運用差異法調查抗生素是否為影響細菌生長的原因。
當然，這是相對簡單的實驗因果推理，轉眼看實際的實驗過程，生物學家還要注意是否有干擾因素 (confounders) 的存在，干擾因素有時是實驗者自己在操作時不經意產生的，如攪拌不夠均勻、溫度沒有控制好，或是實驗者在放抗生素時，混合液出現了未知的因果互動，表示因果關係裡有實驗者未知的其他原因成分，如此，除了對真正原因的調查，實驗者還必須了解原因的多元性 (plurality of causes) (Mill 1996 [1843], III, v.3)。
總而言之，培根和彌爾都是以歸納法作為因果推理的基礎，拿此放在科學實作的脈絡裡，就是透過實驗操作、收集實驗資料，區辨出異同後，得出規律性，形成假說。傳統形上學中，關於規律性、自然齊一性、繼起的不變性都一直有後續的哲學討論，如僅出現一次的因果事件算因果關係嗎？能不能將彌爾方法表達為嚴格的形式化以達到通則化？原因和結果是否具有對稱性等問題，相關的哲學解方和爭辯也非常多和複雜，我們不在此討論。從科學哲學的角度來說，這些爭辯背後都有個深遠的探問，那就是想回答：什麼是「科學發現」？對培根和彌爾來說，在實驗資料中找出一致性、差異性、或比較性，就是跨出科學發現的第一步。
前面提過，科學哲學隨著擴張至生物學研究，晚近發展出一支新的研究學派，其中有一派是「新機制哲學」(the new mechanical philosophy)。什麼是新機制哲學？簡單講，就是用現象構成物，也就是「成分」(parts) 或「存有物」(entities)，以及它們的活動 (activities) 構成的「機制」(mechanisms) 來了解生物現象發生的原因。新機制哲學最早可由美國哲學家溫薩特 (William Wimsatt) 談起，他建議用「拆解」的方式來理解複雜的生物現象，在他之後，格林蘭 (Stuart S. Glennan)、麥契爾 (Peter Machamer)、達登 (Lindley Darden)、克瑞弗 (Carl F. Craver)、以及貝克托 (William Bechtel) 都陸續對「機制」提出刻畫 (Wimsatt 1974; Glennan 2002; Machamer, Darden and Craver 2000; Bechtel 2005; Craver 2007)。不過，整體而言，他們基本都同意用「機制」取代傳統的「起因」(cause) 和定律來理解生物現象，而且，他們也都選擇貼近生物學實作的研究進路來研究機制的哲學問題（參看 〈生物學中的機制〉）。[4]
在新機制哲學的架構下，實驗是幫助生物學家發現機制的重要工具。首先，生物學家對現象起因會有一個大概的猜測，新機制論者稱為「機制框架」(mechanism schemas)，其實就是機制假設。機制框架中，有些內容已知、有些內容未知。針對未知的部分，生物學家會依據已知的背景知識去推測或假定它們可能是哪些內容，如從已知的活動類型去推測可能是由哪種存有物所造成的，或反過來，從已知的存有物所展現的性質去推測可能會做出哪些活動，總之，生物學家會從已知的背景知識對機制框架內容進行假設。有了假設之後，就可以設計實驗去檢驗假設內容是否為真。若檢驗為真，就把假設內容納入機制框架﹔若檢驗為假，就針對實驗結果回過來修正假設內容。總是需要經過一段反覆檢驗與修正的過程，生物學家最後才會得到完整且正確的機制描述，這被稱為是「框架例示」(schema instantiation) (Machamer, Darden, and Craver 2000)。
實作上怎麼做呢？答案是「干預」(intervention)。克瑞弗和達登在《尋找機制：橫跨生命科學的發現》(In Search of Mechanisms: Discoveries Across the Life Sciences) 書中，以單獨一章來介紹干預實驗與發現機制的關係。他們從因果操控論哲學家伍德沃 (James Woodward) 的干預理論 (interventionist theory; Woodward 2003) 提煉出「干預與偵測」模式 (intervene-detection mode) 的實驗觀。簡單說，實驗者從外部對某個代表原因的候選變項進行干預，使之數值產生變化，然後用儀器偵測並紀錄代表結果的候選變項，看是否也跟著產生變化，需要注意的是，兩者相應得變化必須在其他變項都被控制在不變且沒有干擾的情況下被調查。
由於生物現象所涉及的因果關係相當複雜，有點對點直線式，也有多點對多點網絡式，或循環式等各種類型，但無論是哪種，干預與偵測模式都能在機制組織裡確認出因果關聯 (causal relevance)。也因爲生物現象的起因複雜，可能包含許多層面，所以有些案例是機制整體作為現象發生的原因，有時是機制內某成分是另一成分產生變化的原因，有時是機制運作上游的某個階段是下游某階段產生變化的原因，另外還有各種跨層次間的因果關聯 (Craver and Darden 2013: 120-129)。我們以機制整體作現象產生變化的原因為例，生物學家會從機制層次進行干預，在現象層次偵測干預結果，這是「由底而上」(bottom-up) 的干預實驗，另外也可以從現象層次進行干預，然後在機制層次偵測變化，這就是「由上而下」(top-down) 的干預實驗，端看實驗者要調查的機制來看他要選擇哪種干預方向。
除了干預方向，還有干預效果 (effect)，如「激活」(activation) 就是使原本沒有出現或處於靜息的現象啟動或顯現 (manifest) 出來，這需要科學家先找到觸發現象出現的「觸發或起始條件」(precipitation/set-up condition)。另一種干預效果是「刺激」(stimulation)，也就是使底層機制的實體活動增強。第三種是「干擾」(interference)，即擾亂機制原有的運作狀態，使原本具抑制性質轉而開始活化或增強，或使原本具有活化性質趨於停止或減緩，這需要科學家找到能操控現象的「調整條件」(modulating condition)。第四種干預效果是「抑制」(inhibition)，即使現象趨於停止運作，這需要知道控制現象的「抑制條件」(inhibiting condition) (Craver and Darden 2013: 56-58; 125-129)。
克瑞弗與達登結合干預方向和干預效果，以此進一步區分各種干預實驗，其中有些是尋找未知存有物，有些是尋找未知活動類型。當欲發現的機制組織本身相當複雜，那麼用來調查該機制組織的干預實驗也會跟著變得複雜，變得由多個干預實驗組成，形成多重干預 (multiple intervention) 的系列實驗 (Craver and Darden 2013: 133-137)。克瑞福和達登舉十九世紀流行病學家哥德伯格 (Joseph Goldberger) 發現糙皮病致病機制為例，指出當時科學家發現該病原來是營養不良所引起，而非傳染病，便是透過干預病人飲食發現的。另外，也舉美國藥理學家羅維 (Otto Loewi) 用一系列干預實驗，發現動物心跳頻率與交感神經機制關係為何為例。還有，二十世紀美國分子生物學家艾弗里 (Oswald Avery) 以注射病毒到生物體內的干預手段發現生物遺傳物質是去氧核糖核酸 (DNA)、美國生化學家艾克斯羅德 (Julius Axelrod) 用系列多重干預實驗發現去腎上腺素回收機制、以及法國巴斯德實驗室的雅克布 (Francois Jacob) 和莫諾 (Jacque Monod) 用預備實驗和干預實驗發現大腸桿菌乳糖操縱組等等，都是證明多重干預實驗對生物學家發現複雜機制的重要性 (Craver and Darden 2013: 120-143)。
除了多重干預實驗，生物學家有時亦需要擴充干預實驗的領域和層次。以發現蛋白質合成機制來說，生物學家是整合分子生物學與生化學兩領域的機制框架才完成蛋白質合成機制發現 (Darden and Craver 2002)，還有發現分子進行氧化磷酸化 (oxidative phosphorylation) 機制也是橫跨並整合不同生物領域 (interfiled) 的機制內容所完成的 (Scholl and Nickelsen 2015)。除了跨領域，還有跨層次 (interlevel)，根據克瑞弗，神經生理學家為了解動物如何學習空間記憶，一共研究至少四個層次的生理運作機制，這裡的層次指的是因研究對象的尺寸、大小，分為不同「層」，如「細胞」因其尺寸大小一般被歸為相對高的層次，而「基因」則因尺寸相對為小或微觀，通常被歸為低層次，當然，底下還有更小或更微觀的層次）。回到克瑞弗，他把小鼠在實驗設計的迷宮內所產生的記憶空間行為，稱為（相對）高層行為，下一層是小鼠大腦內海馬迴和內側額葉處之神經訊號傳遞的層次，再來是更底層、也是更微觀的神經元、傳導物質與離子之間的傳遞訊號的層次，最後是鈣離子、鎂離子、以及其與各種受體間的分子動力學層次。克瑞弗指出，生物學家有時為說明動物如何學習空間記憶，需要提供一個層次以上的說明，端看認知者想要了解現象之機制起因到多細微的程度。有時為解釋「這層存有物會有這樣的活動」會需要其下一層、甚至兩層，或上一層的存有物與活動說明，此時的機制說明會漸漸擴大，宛如由樹枝層層堆疊起來的鳥巢，必須用多層次並且跨越層次的界線，形成網絡整合式的說明 (Craver and Darden 2001)。
然而，有些哲學家對克瑞弗和達登的干預與偵測模式，提出必須有「相互操控性」(the mutual manipulability) 預設的質疑，也就是，在新機制論的干預實驗觀點下，無論生物學家要對機制組織進行何種干預，似乎都要先假定有干預與相對應的因果變項存在，實驗干預才能被執行，但不是所有的生物學實驗都可以用這種模式進行研究 (Leuridan 2012, Harinen 2018, Romero 2015)，有些實驗反而適合用傳統推理方法，如溯因或最佳說明推論 (adductive inference or inference to the best explanation of inference)，甚至是先前所提的彌爾方法（如孟德爾實驗）(Baumgartner and Casini 2017, Harbecke 2015)，如此干預與偵測模式似乎只對某一範圍的生物學實驗成立，不能代表所有生物學實驗。不過，無論如何，新機制哲學總是讓我們看到，生物學實驗在發現機制的脈絡下，其常用的干預與偵測之因果推理的樣貌大致為何。
雖然新機制哲學在許多方面都提出與傳統以物理化學為研究對象的科哲論述不一樣的看法，但就實驗與機制假說關係而言，嚴格說還是維持在「實驗是為了假說而存在」的傳統看法，正如邏輯經驗論波普所說的，理論家把確定、定義好的問題（機制假說）交給實驗家，實驗家透過實驗試著找出答案 (Popper 1959)，如前所示，新機制哲學的實驗方法論仍沒有脫離「框架例示」這個大主軸，然而就像哈金說的，科學史上有許多例子都顯示實驗不只有檢驗理論一個目的 (Hacking 1983)。
二十世紀末，開始有些哲學家爭論，確實有些科學領域在開創時期，科學家所操作的實驗很難說是為了檢驗某個特定假說而存在，因為在該學科正處於發展初期，科學家連對現象都還沒形成某個相對成形的「想法」，當時他們最多能做的，是用實驗裝置去「玩一玩」現象，想辦法可以操弄現象或使現象重複顯現，如電磁效應。等科學家真的掌握到「如果對現象做這個，那麼它就會那樣」的方法，他們才會開始對現象的起因提出假說。所以，像這樣的實驗與假說的關係，是「先有實驗、才有假說」，跟傳統科學哲學認為「先有假說、才有實驗」順序不同。
順序不同，目的也就不同。過去因為先有理論假說，才依此去設計實驗，所以自然會認為實驗的目的是為了「檢驗」理論假說，但現在如果是先有實驗，才形成理論假說或概念，那我們便很難再說實驗依然是為了理論假說而存在，因為這類的實驗大都是從現象出發，經過科學家的反覆操控，歸納、收集並分類資料後，逐步得出現象的規律性，我們可以說，這是一種「由下而上」的方式來形成科學假說。在這個意義上，實驗不僅不再是為了檢驗理論假說而成立，反而是「領先」(prior to) 於理論假說而存在，扮演先發或探路的角色。那麼，既然是以「未帶理論假說」的出發點所操作的實驗，科學哲學家就稱其為「探索實驗」(exploratory experiments)。
斯坦爾 (Friedrich Steinle) 於 1997 年出版〈進入新領域：實驗行為的探索用途〉論文，首度提到「探索實驗」這個概念。他從十九世紀的電磁學實驗開始出發，探討電磁學如何從奧斯特 (Hans Christian Ørsted) 發現載流導線中的電流會使指南針的磁針偏離原來方向，也就是後來知道的「電流的磁效應」(Steinle 1997)。斯坦爾提到，一開始奧斯特也只是透過一些簡單的實驗裝置，無意中觀察到磁針竟會隨電流變化發生偏離現象，可是當時歐洲的物理學界，沒有人提過類似的現象，也就是連一個概念也沒有。奧斯特經過幾個月的研究，將實驗結果發表為科學論文出版，才正式引起物理學界的注意。
但真正推動電磁學進展的可以說是安培 (André-Marie Ampère)，安培先用實驗確認磁針受電流影響而轉動的現象，他稱是「不安份的磁針」(astatic magnetic needle)，接著對現象提出一條簡單的規則，描述磁針在怎樣的操控下會如何表現，此時，還尚未有任何關於電或磁的特定理論成分，安培只稱這些為「一般事實」(fait général) (Ampère 1820: 197-201)。後來，安培設計各式各樣不同的實驗安排，慢慢地，他將實驗資料整合出一個理論雛形，同時繼續發展新的實驗裝置，如可以測量電流大小的檢流計。經過好幾年的研究，安培終於可以對電磁現象做出一些預測，並且，這些預測通常會成功。最後，安培才對電磁現象提出較明確的規則，也就是用物理概念和數學方程式來定義電磁關係，也就是後來人們所知的「安培定律」。安培之後，法拉第 (Michael Faraday) 接續研究，真正奠定現代電磁學的理論基礎。
回到斯坦爾，他認為安培與法拉第的實驗與傳統受「理論驅動」(theory-driven) 的實驗類型相當不同，他把電磁學發展初期的實驗定徵為「探索實驗」。斯坦爾指出，探索實驗通常出現在科學還沒有建立明確理論概念或架構的初期發展階段，「探索實驗是受到想獲得經驗規律性，並為其找到適當概念與分類的欲望所驅動所做的實驗。」(Steinle 1997: S70) 從電磁學早期的發展歷程可看出，科學史中，總有些實驗是沒有受到任何特定理論的指引，最初操作這些實驗的科學家往往是想藉由實驗來探索或探測新現象，因為沒有理論指引設計或操作實驗，科學家可以自由、開放地構思各種實驗策略，以挖掘自然規律性 (Steinle 1997: S73)。[5] 斯坦爾讓我們看到新一類型的實驗，那麼生物學實驗呢？是否也有探索性的實驗行為 (exploratory experimentation)？
隨著 DNA 雙股螺旋結構被發現，生物學開始邁向分子化，各領域的實驗實作也跟著有變化，包括遺傳學、細胞學、胚胎學、形態學、與生理學等等。生物學哲學家布里恩 (Richard M. Burian) 指出，其中一個變化是，各領域的生物學家之工作內容不再「過分簡單化」，因為不論原屬哪個領域，生物學家或多或少都需要開始學習其他領域的相關知識，尤其是新的實驗裝置和新的實驗技術 (Burian 1997: 14)。
布里恩從生物學家布萊切特 (Jean Brachet) 的實作中，看到生物學的探索實驗行為。布萊切特用當時無人使用的組織化學技術完成新發現。在 1935 到 1955 年間，也就是那個幾乎所有生物學家都想解開 DNA 分子結構與蛋白質合成機制前後的時期，他們都想要找到新的生物存有物或新的生物過程，為了達到目標，他們從原來的研究範圍，對其他領域的知識和技術展開開放的態度，一方面吸取新發現的內容，另一方面學習新的實驗技術。例如，當生物學家在實驗室發現新生物體時，他們會先就生物體出現的時空間條件，來確定是否存有某種共同關係，然後他們會觀察該生物體是否出現生理或形態變化，嘗試推想出變化可能是由某種核酸或其他生化物質所產生的變化，可能是細胞產生分化 (differentiation)、或型態產生變化、乃至個體上的發育變化。
在此情況下，生物學家需要各種能用得上的技術，如確定生物體變化的位置、細胞生化濃度如何變化等，此外，可能還會想知道，若在某種實驗條件下對生物體進行干預，它會有何種反應或變化。布里恩指出，當初布萊切特和他的團隊就是在這些實驗中，發現新存有物（核酸）的位置和功能，恰好布萊切特的發現正是當時分子生物學家詹美尼克 (Paul Charles Zamecnik) 也在尋找的生物體（當時稱「可溶性 RNA」），促使生物學家解開其他謎題。[6]
布里恩欲強調的是，布萊切特之所以能發現新物質及其功能，是因為使用當時未被使用的 新實驗技術，也就是超速離心術，然後對核酸進行定位與定徵的研究，過程中沒有依賴任何特定假說 (Burian 1997: 15)。當然，有人可能會懷疑：難道布萊切特完全沒有用到一點當時已知的背景知識或理論資源嗎？怎麼可能完全沒有理論成份？對此，生物學哲學家任伯格 (Hans-Jörg Rheinberger) 以實驗系統、知識對象、和技術對象等元素來回答（第五節會介紹）。[7] 重點是，在生物學真正邁進分子化前，生物學實作曾處於百家都在找新東西、什麼方法都願意試的時期，當時沒有特定或具主導性的理論來指引生物學家如何做研究，在此條件下，生物學家各自發展理論概念和實驗系統，而實驗不再是傳統科哲所刻畫的以檢驗理論為目的實驗，更多的是用新技術去找當前尚未有理論談及的生物體或生物過程。相較驗證理論假說，他們選擇直接做實驗，從中獲得經驗歸納，再對實驗結果提出假說。這種不受既有、特定理論指引的實驗類型是一直被科學哲學忽略的探索實驗。
生物學家楊倍昌曾說：「回顧生物學的發展變遷過程，針對科學發現的案例為內容，生物學家階段性的偏好、願景與侷限進行的分析可見生物學家日常工作裡，不止所探索的問題隨著時間而變動，所需要的創新技術來進行實驗不同，連帶著推理方式與說明的旨趣也不同。」（楊倍昌，2018，頁 316）他將近代生物醫學實驗大致分為「觀看的年代」(the era of observation)、「分離提純的年代」(the era of isolation)、「變化路徑的年代」(the era of pathway)、「結構的年代」(the era of structure)、以及「預測與工程的年代」(the era of prediction and engineering)。若將其與上述討論的脈絡進行對照，布萊切特的研究應屬於「分離提純的年代」，正如楊倍昌陳述，該年代實作著重「技術信賴、論證肉眼不可見得自然現象的範疇、生命的新語彙」（楊倍昌，2018，頁 318）。由此可見，關於那時期的生物學實作重點，生物學哲學家與生物學家可說是英雄所見略同，生物學家點出生物學在關鍵的轉型時期之實作重點，生物學哲學家則是對其內容作出哲學刻畫，生物學與哲學彼此對照與呼應。
既布里恩之後，生物學哲學家開始思考生物學中是否也有探索式的實驗行為？並且，「探索」真正的意義是什麼？沒有理論指導的實驗就是探索實驗嗎？生物學哲學家富蘭克林 (Laura Franklin) 認為，現代生物學家常使用能處理巨量資料的「寬」裝置 ("wide" instrumentation) 進行實驗，寬裝置使生物學家得以以一種超越傳統、多半以手工為主的新方式進行實驗。她在2005年〈探索實驗〉的論文中，區分培根式的實驗方法與波普式的實驗方法有何不同，如我們前所言，培根式的實驗方法重視科學家在操作實驗前，不帶有預先設定的想法做實驗，實驗先於理論化活動，反之，波普式的實驗方法主張，實驗是在理論成形之後方被設計，實驗本就是為了檢驗理論而存在。
做此區分後，富蘭克林用兩個同為研究酵母菌基因體調控組蛋白數量的實驗來說明，其中一個實驗屬於培根式的實驗，而另一個是波普式的實驗。第一個實驗是 1980 年代，希瑞芙 (Lynna Hereford) 和她的研究團隊使用北方墨點法 (northern blot)，測量酵母菌的 mRNA 生產速度，北方墨點法是傳統使用的測量方法。當時希瑞芙心中有兩個理論，一個是假設組蛋白的 mRNA 轉錄及其穩定度會隨細胞週期變化而調控產生出不同的產量 (T1)，另一個則假設，組蛋白 mRNA 之數量在細胞運作的整個週期內都是穩定的，它的濃度會有波動變化是受到基因轉錄速率的變化而隨之有波動 (T2)，換言之，T1 主張 mRNA 濃度是直接受基因調控影響，T2 主張 mRNA 濃度一直先是穩定的，後來才受基因轉錄影響，而當時較相信的 T2（T1 與 T2 是筆者自做的標記）。
為證實 T1、T2 哪個理論為真，希瑞芙用北方墨點法在酵母菌不同的細胞週期測量組蛋白 mRNA 濃度，結果證實，組蛋白是直接受到 mRNA 轉錄影響，也就是上述 T1 為真。富蘭克林以這個實驗為例指出，希瑞芙的實驗有受到「理論指引」(theory-directed)，這裡所謂的「指引」是科哲家瑞德所說的，一個實驗可以受到某個理論的指引（甚至說「主導」也無妨），因為，說一個實驗受到某個理論的指引，未必它的目的就一定只是檢驗理論，「理論指引」也可以是指科學家在計畫或設計實驗的過程中，確實引用或吸取某個理論的觀點 (the perspective of theories)，而引用或吸取某個理論的觀點，未必就一定得檢驗該理論 (Radder 2003)。
受到瑞德啟發，富蘭克林對「理論指引」進一步區分兩個層次：第一個層次是，生物學家做研究，難免會從過去所累積的系統化知識與經典案例（如乳糖操控組）中，獲取可利用的理論性資源，幫助產生理論假說，如希瑞芙就是從當時主流的理論中，稍微做點變化延伸出新的理論假設，富蘭克林把當時科學社群流行的想法稱為「理論背景」(theoretical background) (Franklin 2005: 891)。第二個層次是，能對科學家所關注的研究對象具體指出物質將會有什麼特定行為，如希瑞芙秉持一些理論上的理由 (theoretical reasons) 以及她自己所掌握到相關經驗證據，特定提出組蛋白會隨著細胞週期變動而跟著被調控，富蘭克林把此稱作是希瑞芙自己發展出來的新的「局部理論」(local theory)，再結合當時可相容的理論背景，成為一個新理論。
富蘭克林的第二個實驗，是 1990 年代斯培爾曼 (Paul Spellman) 的實驗。雖然和希瑞芙一樣都在研究 mRNA，但自 1990 年起，幾乎所有研究基因表現主題的生物學家都較少使用北方墨點法，改用 DNA 微陣列實驗設備，原因是，北方墨點實驗法能測量 mRNA 一到兩種基因表現，而 DNA 微陣列測量可以分析 mRNA 所有的基因表現，兩者能處理的「寬度」差相當多，後者是前者的千倍以上，這就是為什麼 DNA 微陣列後來有「寬」裝置 ("wide" instrumentation) 的名稱。
從富蘭克林的分析，雖然斯培爾曼在發表的論文一開始有提到希瑞芙的研究，但實際上他的企圖比希瑞芙大，他不僅想知道酵母菌內 mRNA 的機制調控情形，他真正想知道的是酵母菌裡所有的基因體調控機制，因此，斯培爾曼不去想當時有什麼相關理論假說，他直接用新技術 DNA 微陣列去對酵母菌基因體進行全面、地毯式的「搜索」，透過大規模的調查，建立出一套基因目錄，為酵母菌在不同細胞週期各階段提供一組類似「邏輯電路」("logical circuitry") 的機制模型 (Franklin 2005: 893)。
對富蘭克林而言，或許斯培爾曼沒有預設某個特定理論，但我們也不能因此就說他的實驗與理論完全無關，因為至少在理論指引的第一層次上，斯培爾曼跟希瑞弗一樣，肯定也受到當時背景知識指引。因為有背景知識，斯培爾曼才能在實驗過程中的某些階段進行因果推理。與希瑞弗不同的是，斯培爾曼沒有局部理論，也就是說，他的 DNA 微陣列實驗沒受到第二層次的理論指引。
回到富蘭克林對培根式與波普式的實驗區分，她認為真正使斯培爾曼實驗被視為培根式或探索實驗，不在於有沒有理論指引，因為認真講起來，斯培爾曼和希瑞弗兩人的實驗都與背景知識有關。對富蘭克林而言，兩個實驗真正的差異在於，斯培爾曼用寬裝置找到過去從未見過但有趣的生物活動模式，這真正幫助到斯培爾曼團隊形成新假說，特別是過去想都沒想過的新假說（因為看到的資料完全不同）。所以，我們可以說，寬裝置對現代生物學實作之所以重要，不只是因為它們快速、準確而已，更重要的是，它產生的大數據能帶來具有「啟發性」(heuristics) 的價值，好讓科學家看到傳統實驗無法顯現的規律性，如此提出與背景知識和競爭對手不同的新假說，這才是探索實驗真正的優勢，也是真正符合培根實驗主義精神之所在。
到此，富蘭克林的討論已經觸及到科學實驗哲學另一個重要的問題，那就是：到底決定科學實驗價值的方法是什麼？到底該如何評價一個科學方法才是更適當的？過去很長一段時間，科學哲學認為科學方法的目標是追求真理 (truth)，那麼實驗存在的目的就是幫助理論把所能表徵的真理盡量達最大化，但富蘭克林拿現代生物學實驗的例子告訴我們，對生物學家而言，除了真理，「功效」(efficiency) 也很重要，畢竟，對第一線工作的科學家來說，得到新資料的速度決定了科學發現的速度，他們不僅追求真理，他們更在乎時效性 (Franklin 2005: 894-896)。
總之，透過富蘭克林我們看到，現代生物學中高通量的實驗裝置，不僅符合布里恩對探索實驗的刻畫，符合「以技術為主」、「不受特定理論指導」的特性，而寬裝置真正受到科學家喜愛，是因為它能「跑」出巨量資料或數據，引領他們產出新想法，這才是推動現代生物學前進的實質動力。
經過布里恩和富蘭克林對生物學探索實驗進行研究後，生物學哲學家伊略特 (Kevin Elliott) 接手並繼續深化。他在 2007 年國際生物學歷史、哲學與社會研究年會 (conference of the International Society for the History, Philosophy, and Social Studies of Biology, ISHPSSB) 中，邀請布里恩、美國哲學家瓦特斯 (C. Kenneth Waters) 和澳洲生物學哲學家奧瑪莉 (Maureen O' Malley) 組一個專門討論生物學探索實驗的論壇。同年，他們在《生命科學的歷史與哲學》(Histiory and Philosophy of the Life Sciences) 期刊，出版了一系列討論探索實驗的文章，其中由瓦特斯撰寫導言〈探索實驗的本質與脈絡：介紹關於探索研究的三個案例〉，介紹生物學中探索實驗的起源以及其他三篇論文的主要內容，這三篇文章分別由布里恩從當代後基因體分子生物學、伊略特從毒理學、奧瑪莉從後基因體 (metagenomincs) 的實驗研究中，深入探討探索實驗的本質。
根據瓦特斯的導言，他先介紹斯坦爾和布里恩對探索實驗的看法，然後他對探索實驗做出三點結論：一、區辨傳統由理論主導的實驗和探索實驗的方法，不在於實驗是以檢驗理論還是產生新假說為目標，因爲「理論考量可以用多種形式來指引實驗行為」﹔二、探索實驗未必完全沒受理論影響，對此我們應該做更細緻的區別，也就是受「理論指引」(theory-directed) 和受「理論告知」(theory-informed)﹔三、無論是探索、理論告知、理論指引，都不是截然斷裂的區分，我們應該把它們視為是一種具有連續性或程度不同的差異 (Waters 2007: 276-277)。綜觀以上三點，理論對探索實驗扮演何種角色已不再是探索實驗最重要的特徵，探索實驗的重點在於，該實驗行為能不能在不引用特定理論資源的條件下，找到「重要發現」(significant findings)，什麼內容算是重要發現呢？
該系列文章有一篇是伊略特的〈奈米毒理學中的探索實驗行為〉，伊略特在文中，對探索實驗的目標與理論扮演的角色提出一個大的分類架構，架構總共包括三個面向：「探索實驗的目標」、「理論在其中扮演的角色」、「區辨參數的方法或策略」，每個面向又再細分出四到五個細項。第一面向「探索實驗行為目標」包括：辨認規律性與發展新概念、獨立或操控特定存有物或現象、發展實驗技術、裝置或模擬、解決異例。第二面向「理論在其中扮演的角色」包括：理論僅扮演微小角色、理論只提供背景資訊、僅作為研究起點、構成探索計畫等，呈現出探索實驗與理論間的複雜關係。第三面向「區辨參數的方法或策略」包括：在一組實驗設定中，調查各種參數﹔使用多重實驗技術來刻畫現象﹔使用高通量裝置收集大量資料﹔發展可以分辨參數的模型與模擬等 (Elliott 2007)。
有了這個框架和分類，我們可以用一種「非以理論為主」的多元且多面向的角度來解析探索實驗的複雜性 (Elliott 2007: 322-330)。另外，同期刊內，布里恩以現代分子生物學的案例來回應，有些哲學家質疑探索實驗只是大部分實驗行為中相當邊緣的一類，或只會出現在科學研究很早期、很短暫的階段，布里恩不認同這樣的質疑，他以更靠近現代的後基因體分子生物學實驗論證：探索實驗不僅在現在，也會在未來，一直在生物科學實驗實作中扮演必要角色。以上，我們介紹了探索實驗自近代電磁學發展的起源，以及生物學哲學家陸續挖掘生物學不同時期的探索實驗，努力展現生物學探索實驗具有什麼特殊性、其與理論之間如何存在非以理論為核心但理論仍很重要的複雜關係、還有它對分子化前、分子化後、當代、甚至未來的生物學實作為何是重要的。
稍微了解生物學的人都知道，生物實驗中有一個非常重要的角色，就是「模式生物」(model organism)。提到模式生物，可能很多讀者會想到黑腹果蠅 (Drosophila melanogaster)、小鼠 (Mus musculus)、大鼠 (Rattus norvegicus)，甚至有些擁有生醫專長的朋友還知道斑馬魚 (Danio rerio)、大腸桿菌 (Escherichia coli)、酵母菌 (Saccharomyces cerevisiae)、秀麗隱桿線蟲 (Caenorhabditis elegans)、猴子 (Cercopithecidae)、豬 (swine)、植物的阿拉伯芥 (Arabidopsis thaliana) 等都是模式生物的一員。是的，這些生物都是生物學家相當依賴的實驗對象，他們對其進行深入研究，盡可能得出該物種的生物學知識，然後想辦法將其外推幫助了解其他生物（特別是人類）。
不同的模式生物因為生物條件不同，被不同領域生物學家取來研究，以常見的無脊椎動物果蠅來說，它可說是最早被生物學家用來研究的實驗生物。1910 年間，古典遺傳學家摩根 (Thomas Hunt Morgan) 開始在實驗室培育果蠅，對其進行系統性的研究，由於果蠅有特殊的唾腺細胞，含有多絲染色體，這讓遺傳學家可以輕易地觀察染色體上的基因突變現象。雖然，果蠅曾在生物學實驗研究一度失去光環（約 1920 年到 1930 年間），但 1950 年左右，生物學家班澤 (Seymour Benzer) 又開始用果蠅進行研究，到 1970 年代，果蠅又重回重要模式生物的地位，成為分子生物學、胚胎發育學的重要實驗對象，時至今日，更是腦神經科學的重要模式生物。另一個無脊椎動物模式生物是線蟲。線蟲身體透明，長度約 1 公釐，壽命約二至三周，發育期有胚胎期、幼蟲期和成蟲期。大概是從 1960 年代，線蟲就被生物學家用來研究細胞凋亡的分子調控機制，後來也被分子生物學家和發育生物學家拿來作模式生物進行實驗研究。
斑馬魚是脊椎動物模式生物，它對發育生物學的貢獻很大。斑馬魚容易飼育、胚胎透明、體外受精、突變種多，近年來已成為研究脊椎動物發育、尤其是對生物體再生能力的領域，如再生醫學、生殖醫學、畸形學、神經科學、幹細胞等領域有重要貢獻。另一個脊椎動物模式生物是小鼠，就以免疫學來說，免疫學家是大量仰賴小鼠以從中調查動物的免疫反應，包括各種因果路徑和致病機制。
大腸桿菌是原核微生物類（亦稱細菌）的模式生物，約在 1940 年間，微生物學家開始用大腸桿菌和以它為寄主的噬菌體（T2 噬菌體）作為模式生物。目前科學家已解開大腸桿菌所有的基因組序列，可利用的相關知識不僅在分子生物學上，也在生物工程領域上被重用。至於酵母菌，是真核微生物類（亦稱真菌）的模式生物，它是人類第一個完成基因體定序的真核生物。
阿拉伯芥是最常使用的植物模式生物之一，是一種原生於歐亞大陸及非洲的被子植物，也是人類第一個完成基因組定序的植物。它不僅幫助植物學家了解植物性狀，還有花的發育、向光特性，應用的領域包括植物遺傳學、演化、和植物發育學。另外，像神經生理學家則用烏賊的巨大神經細胞進行研究，最近神經科學家也開始考慮把章魚納入模式生物的行列，一樣也是想利用章魚的大腦，來幫助理解關於智力、演化和神經生物學。
以上，我們非常大略地介紹幾種生物學實驗中常見的模式生物。對生物學家而言，要選擇何種模式生物進行研究要考慮很多問題，比如：生物的多胎性、生命週期、體型、品種的特異性、還有取用上是否方便，以及是否容易操控出研究現象的再現性等等。不過，這些都是屬於生物學學科的問題，我們在此不多說，生物學哲學關心的問題比較像這樣：
生物學家用不同的模式生物做實驗獲得知識，企圖將其擴展到其他的生物物種上，最終是希望能藉此了解所有生物物種的特性，可是，模式生物的種類有限，即使研究的數量還可能會增加，但仍遠不及地球上所有現存的生物種類數量，那麼生物學家是如何從模式生物的知識外推出其他生物物種的知識呢？他們用什麼推論基礎，將外推而得的知識之普遍性 (universality) 提供證成？舉例：想像把小鼠或豬等哺乳動物的知識擴延到人類身上，也許還可以想像，但要從果蠅、大腸桿菌、酵母菌等生物的知識也應用到人類身上，難免讓人懷疑會不會有點天真？畢竟，無論從解剖學或生理學各方面，來看果蠅和酵母菌，都與人類的差距這麼大，實在很難想像生物學家怎麼想得到從果蠅、酵母菌身上學到可應用在人類身上的知識。
其實，這對哲學家來說，是個「外推推論是否與如何有效」的問題，外推 (extrapolation) 最開始來自歸納統計，簡單地來說，研究者原本對幾個樣本進行研究，觀察與歸納，發現其中可能具有某種性質，也許是正相關或負相關，但現在出現一個超乎原來樣本範圍以外的個體，而研究者想從目前已知的相關性或知識去推論該新個體會有什麼性質。由於新個體是在原來觀察歸納的範圍之外，而現在要對其性質做推論，所以，稱為「外推」（陳瑞麟，2014，頁 133-134）。
現在模式生物的問題也是這樣，科學家對於模式生物的特性已暸若指掌，知道它的基因序列和重要的生物特性，而現在想知道，這些特性放在其他生物體上也會是真的嗎？當然，生物學家可以用很素樸的方式，盡力去收集與歸納，但就像前面所說，無論模式生物的數量怎麼擴增，比起地球上所有的生物數量來說，其歸納推論的基礎都顯得很薄弱，這中間需要多大量的歸納？這很容易讓人想起傳統哲學對歸納問題所提出的挑戰，因此，有些生物學哲學家就稱這是歸納問題的生物學翻版 (Burian 1993: 366; Schaffner 2001: 224)。
顯然生物學家用模式生物做實驗進行研究不是拿來用做簡單、素樸的歸納，那他們是依據怎樣的歸納？其外推的推論基礎是什麼？關鍵在於「模式」(model)，模式生物之所以為模式的生物，表示它有與其他生物共同的地方，好讓生物學家對它進行徹底研究了解之後，可將知識推往另一個物種。那麼「模式」怎麼來？生物學家從演化和發育學著手，他們去對比哪些物種在系統發生學或親緣上 (phylogenetically)，曾經共有同一個組先，也就是「同源」(homology)，因為有共同祖先，具有相同的遺傳密碼 (genetic code)。擁有相同遺傳密碼的物種，也許現在在外型上看起來差距很大，但從種系發育學或親緣的關係上，它們曾經是很靠近、彼此相似的。而且，現在生物學家普遍認為，物種曾經有過的基因密碼不會輕易失去或改變，這讓物種在演化的洪流中保持生存優勢，基於「親緣保存」(phylogenetic conservation)，讓生物學家可以在模式生物和外推物種間，有較強的推理基礎。生物學哲學家韋柏 (Marcel Weber) 稱是一種「親緣推理」(phylogenetic inference)：
「如果我們想知道物種 S1 是否有機制 M，我們可以去確認物種 S2, S3,..., Sn 是否有機制 M。同時我們也需要知道 S2, S3,..., Sn 之間的親緣關係為何，如此我們就可以去推估 S1 有機制 M 的機率大概有多高。而且，這樣的親緣推理還可以讓生物學家去估算地球上可能還有多少物種，以及可能是哪些物種有機制 M。」(Weber 2005: 182)
加上現代分子生物學的進展，目前已經知道，有些分子層次的生物機制是所有物種共享，如：遺傳訊息都是由胸腺嘧啶 (T)、腺嘌呤 (A)、胞嘧啶 (C) 和鳥嘌呤 (G) 四種鹼基排列成鹼基序列，亦即 DNA 長鏈聚合物所構成，其中 A 與 T 之間由兩個氫鍵連接，G 與 C 之間由三個氫鍵連接，鹼基對的排列在 DNA 中也只能是 A 對 T，G 對 C。DNA 上的遺傳訊息是由信使 RNA 帶出細胞核作為模板，在細胞質中以三個核苷酸為一組密碼子 (codon)，翻譯至相對應的胺基酸，再排列組合成為蛋白質長鏈（即「中心法則」）。密碼子和相對應的胺基酸形成所謂的「遺傳密碼」，也就是「密碼子」。一個密碼子是由三個核苷酸排列組成，四種核苷酸可排列組合出 64 種 (4*4*4) 密碼子，對應到二十種胺基酸。除此之外，還有許多生理代謝機制也是一樣的，如氧化磷酸化等機制。雖然有些機制在不同物種會有不同版本，但大體來說是一樣的。
因此，有了基因定序技術，同時生物學家對物種間是否共享同源基因組又有了大幅地了解（如目前已知酵母菌的基因體大約有 31％ 與人類有同源），在這些基礎上，加上親緣推理，生物學家便可以對酵母菌與人類兩組的基因體進行研究，將對酵母菌已知的分子生物學知識或原則嘗試外推到人類與之相似的基因體部分，再用實驗去檢驗外推知識是否有被證成。當然，有其他的生物學哲學家對這樣的推理與所涉及的前提或預設有不同意見，如密碼子和胺基酸的對應關係目前知道也未必完全不會更動，以及外推推理可能有循環論證的問題 (Weber 2012)，但我們仍初步地介紹了模式生物在生物實驗中扮演的角色，以及生物學家用之實驗和推理的背後，所依恃的理由和推論基礎，其他相關深入的哲學爭辯就另文再談。
4.2 為何該把模式生物視為實驗對象，而非一般實驗裝置或工具？
想像走進一間免疫學實驗室，看到實驗枱上有試管、培養皿、藥劑、還有各種精密儀器，一般我們會說那些是實驗「器材」或「裝置」(apparatus, instruments)，而我們這麼說的時候，其實是把那些器材視為科學家研究現象的「工具」(tools)。可是，如果今天科學家是左手抓起一隻小鼠，右手握著一只針筒，左手手指稍微捏一下小鼠腹部，眼睛好似在打量小鼠腹部的某個部位，很快地他將針頭遞上，輕輕又穩定地壓下注射器，結束後把小鼠放回實驗盒裡。此時，哲學上會問一個看似很小但是很重要的問題：小鼠跟試管一樣都是實驗器材或實驗裝置嗎？
直觀上，小鼠的確跟試管一樣，都是科學家手上做實驗的東西，好像可以說是實驗裝置或至少是實驗工具，但認真想，好像兩者又有點不一樣，因爲工具或器材、儀器，就是達到某個目標就完成使用目標了，但小鼠？好像不是，相較於試管、顯微鏡，實驗生物學家更多是想從小鼠身上得到某些資訊，而這些資訊最好是與研究目標，也就是欲研究的生物過程有關，僅僅是有關就足以讓實驗生物學家保留、記錄下來，也許未來用得上。生物學哲學家韋柏 (Marcel Weber) 把來自小鼠所貢獻的部分稱為是模式生物在實驗中扮演了重要的「知識論的角色」(epistemic roles)，是其他實驗器材、裝置或工具都無法取代模式生物的地方 (Weber 2005: 170)。
韋柏對一般的實驗裝置和模式生物兩者做出區別，他指出，那些物質上的實驗裝置或工具，明顯是實驗生物學家為了達到某個特定目的所創造出來的東西，例如一些偵測儀器，是為了測量若對實驗對象施以某個因果輸入 (causal input) 其會有什麼反應所創造出來的儀器，如偵測重力波的儀器。但模式生物不是，對實驗生物學家來說，他們真正感興趣的不是某個因果輸入後會有什麼因果輸出，而是承載因果輸入與輸出的「生物」本身，「說得更精確些...是生物體內發生了什麼生物與生化過程」(Weber 2005: 170)。換言之，模式生物不是用來觀察或測量的實驗裝置，它是被觀察或被測量的「對象」。[8]
但是為什麼有些時刻我們好像還是會把模式生物和實驗裝置想成一塊兒？確實它們也在實驗過程中跟試管、針筒、藥劑一起「上場」、參與於實驗行為之中不是嗎？而且，相對於實驗生物學家者腦中的實驗模型，小鼠不正是實驗者用來達到某個實驗目的的「工具」嗎？而且，模式生物有一點和實驗裝置表面上看起來很相像，以至於容易讓人有上述的聯想，那就是在生物學實驗中，實驗生物學家對模式生物做的一件事跟對實驗裝置做的幾乎一模一樣，那就是都會對其進行不斷地修正與調整。以顯微鏡來說，從早期古典的顯微鏡到今日用的高倍數光學顯微鏡，或各種離心機等，都是會隨實驗目的與生物學技術的進展，而不斷改良與進步。模式生物也是，實驗生物學家會因為實驗目的，不斷調整生物的品系，以現代生物學來說，大都在基因的配置與突變基因的設計上，也都會一直修正和調整。
關於此，韋柏做了一個細緻的區分，實驗生物與實驗裝置兩者真正不同的地方在於，僅管實驗生物學家對模式生物，也就是自然對象表面上進行某些干預或調整 (modifying)，如培育突變果蠅、突變小鼠基因，使其獲得某些特定的改變，但實驗生物學家這麼做的終極目的是為了想知道「這個生物本身」會有什麼變化，而不是用它來偵測另一個實驗對象的變化，如讓一條訓練有素的警犬去偵測某種特殊的氣味。模式生物是實驗的對象，而實驗裝置是實驗所使用的工具。
正是因為模式生物是實驗對象，而不是實驗裝置，所以，其對實驗生物學家的用處便不在於達到偵測因果輸入與輸出的目的，也不是用它們來檢驗某個特定的理論或假說，也不一定要因此發現多新穎或石破天機的新發現，都不是。模式生物之於實驗生物學家在知識論上的價值在於，它們能提供未來研究可用的「材料資源」(material resources)，韋柏把實驗生物學家在模式生物身上獲得各種有用資源的實驗稱為「預備實驗」(preparative experimentation) (Weber 2005: 174-176)。
他舉葛林 (Walter Gehring) 發現同源基因（也稱「同源異型盒」("homeobox") 為例，雖然葛林確實花了很久的時間在找 DNA 片段上的 Antennapedia 基因，但當時他培育很多果蠅不同世系與不同世代時，他應該沒有想到自己最終會發現同源異型盒那麼重要的基因成分，而後來知道，他的發現是因為有之前豪格尼斯 (David Hogness) 發展的染色體步移 (chromosomal walking) 技術，[9] 還有分子生物學家發展重組 DNA 方法，以及更多其他生物學家長時間培育果蠅所累積的各種突變、基因連鎖地圖 (linkage maps)、染色體細胞地圖、細胞學方法等等，共同成就了葛林原本沒有理論、也沒有預期的發現（這裡的理論是指具有特定明確內容的理論）。
當然，這段期間，為了生物學發現，各方實驗室會有許多技術人造物出現，但無論如何，模式生物都不是裝置，也不是工具，也不是技術人造物的任何一種形式。「實驗生物終究是生物。實驗生物家沒有建造 (build) 它們，他們只是調整。」(Weber 2005: 172) 因為有這些預備實驗，而且，這些實驗也都不是為了檢驗某個理論或假說而存在，所以，一般預備實驗的結果都會被實驗生物學家完整、忠實地紀錄下來，形成具有累積性的資料，包括各種突變株、培育各世系的技術和方法、以及解剖果蠅幼蟲和成蟲的技巧。
以上種種，都說明了為何我們不該直接把模式生物視為一般的實驗裝置，相較於實驗裝置，模式生物提供了獨特的知識論資源。這些資源在實驗生物學家的研究過程中，扮演不可或缺、甚至可說是推進的角色。這也就是為什麼，雖然生物學後來邁進分子化後，在理論和概念上都與古典遺傳學有蠻大的差異，但關於模式生物的知識、各種遺傳連鎖圖定位分析的技術與技巧、甚至成果都被實驗室保留下來，使得我們到現在還是可以看到果蠅、線蟲等這些源自於 1910-40 年代的模式生物，並承接與累積從那時便留下來的成果，並且，實驗生物學家們並沒有輕易地替換或選擇其他生物作模式生物進行研究。
前面提到，實驗生物學家用模式生物進行生物研究，除了運用外推推理，將從模式生物所學到的知識推至其他物種的生物過程外，另一個重要理由就是，模式生物在知識論上扮演了相當重要的角色，它提供了許多可用、有價值的研究材料，現在，我們要介紹模式生物的另一個知識論上的好處：提供「模組結構」(modular structure)。
這要從生物學家發現「同源基因盒」說起。1980 年代，生物物學家葛林 (Walter Gehring) 和他的實驗團隊，從另一位生物學家路易斯 (Edward B. Lewis) 學到如何在果蠅的「雙胸複合基因」(Bithorax Complex) 使基因倒位 (inversion) 以及用基因探針和染色體步移 (chromosomal walking) 之技術，[10] 找到一組由 Antennapedia, fushi tarazu, Ultrabithorax 三個基因所構成短基因序列，這組基因序列後來被發現是在演化上受到相當穩住的保存，也就是有許多物種因曾經有共同祖先，所以遺傳了相同的基因，而這些基因並沒有受到演化淘汰被保留了下來，他們稱為「同源異型盒」("homeobox")。
同源基因盒被發現之後，生物學家又陸續發現有好幾種外觀和果蠅相差很大的生物，其體內居然都有同源基因盒的存在，表示這些物種雖然外觀差很大，但在演化親緣關係上，其實是很靠近的。在前基因體時代，生物學家用果蠅作模式生物，解開了不少物種間的親緣距離，而現在是後基因體時代，人類擁有更充分的模式生物知識，同時也發展出更多、更新穎的基因工程之方法與技術，生物學家大可以從同源基因 (orthologous genes) 著手，回溯不同物種間是否曾有過共同祖先，也就是從已經解開模式生物的基因功能，去對也有相同同源基因其他物種推敲基因或蛋白質的功能。因此，從可擷取並可用的研究資源角度來說，模式生物能回饋的研究價值是蠻高的。
這樣的看法和最近興起的新機制論的研究成果是吻合的。新機制哲學家克瑞弗 (Carl Craver) 對神經生理學家從發現神經細胞中的長期增強機制 (mechanism of long-term potentiation, LTP)，進而發現發現哺乳動物大腦內的學習記憶機制，他是以整合各層機制的階層 (a hierarchy of mechanisms) 觀點來理解（參看〈生物學中的機制〉）。因為動物的學習記憶機制至少涉及四個層次，最高是「生物－行為』，接下來依序是「海馬迴－訊號傳遞」、「神經元－活動、最底層是「分子－動力」，神經元裡的長期增強機制在線蟲、海蝸牛、或構造複雜的哺乳類動物身上都有，這表示，在構造相對簡單的模式生物體內所發現到的機制，可以轉移到構造相對複雜的生物物種上。畢竟，在較底層的機制階層中，內容是大同小異或根本是相同的。
生物學哲學家韋柏 (Marcel Weber) 說，這是模式生物所能提供的「模組結構」，意思是說，若以機制來理解生物說明的話，那麼那些在機制階層較低層次的機制，往往也就是在演化上被穩定保留下來的機制，都會在結構較複雜的哺乳動物內找到，例如哺乳動物內當然有神經元，那麼在哺乳動物內神經元里的機制其實是跟像線蟲、海蝸牛這類生物的神經元機制是一樣的，所以，當人們對某樣生物過程還一無所之時，從構造、層次相對簡單的模式生物身上著手是可行的。反而是那些在哺乳動物較高層次的機制內容比較不容易被利用，因為那些並不是在演化上常被穩固保存下來的部分，說得務實一點，較高層次的機制其可被利用的價值反而有限 (Weber 2005: 185)。
總而言之，模式生物對生物學實驗之所以重要至少有三點：一、提供外推基礎，二、提供研究材料，三、提供模組結構。就外推基礎來說，必須在已經確定的生物原則下才可以進行外推，如已經知道物種間有相同遺傳密碼，才可以從模式生物推到其他生物，建立生物知識的普遍性 (generality)。但就演化的角度來說，重要的是研究目標的特異性或專一性 (specificity)，如研究果蠅是為了要理解人類，如此，就要確定果蠅是否能提供幫助理解人類的研究資源或具有價值的資訊。
實驗生物學家知道如何從模式生物身上複製 DNA 片段，調查同源 DNA 序列的基因或蛋白質功能，對比模式生物與研究目標生物，藉此研究出能指引解開另一物種基因功能的知識資源。之所以能這麼做，是因為模式生物保留了親緣上被保存的基因和機制，它們就好像隱藏在小寶盒裡的鑰匙，若生物學家找著它，就可以用它來開啟大寶盒，去發現大寶盒裡複雜且精密的生命機制。
生物學實驗還有一個重要的概念，就是「實驗系統」(experimental system)。「實驗系統」最早是由波蘭學者弗萊克 (Ludwik Fleck) 提出[11]，後來由任柏格 (Hans-Jörg Rheinberger) 接著發展。任柏格對 1940 年代到 1960 年代分子生物學家如何在試管中研究蛋白質合成的歷史，刻劃出一組由「實驗系統」、「知識事物」(epistemic things)、「技術對象」(technical objects) 等元素構成的實驗發展模式，出版在《朝向知識事物的歷史：在試管中合成蛋白質》(Toward a History of Epistemic Things: Synthesizing Proteins in the Test Tube)。
先說實驗系統，對任柏格而言，實驗系統是科學研究實作中最小但完整的工作單位 (the smallest integral working units of research) (Rheinberger 1997: 28)。他認為，關於生命科學的研究常「始於一個系統的選擇，而不是理論架構」(Rheinberger 1997: 25)，而實驗系統就是「實驗者去設計一個可操控的實驗系統，但實驗者對要問什麼問題都還不知道」(Rheinberger 1997: 28)。科哲家陳瑞麟曾如此介紹任柏格的實驗系統：「一位研究者處理的不是相關到一個理論的孤立實驗，而是一個整體實驗安排 (a whole experimental arrangement)，被設計來產生他尚未掌握的知識。更重要的是，實驗科學家處理的諸實驗系統通常沒有良好的定義，也不能提供清楚的答案。」（陳瑞麟，2012，頁 469）我們可以這樣看，生物實驗所欲研究的對象，包括問題與答案，都是要做了實驗便會自然出現。
任柏格以 1950 年間分子生物學家詹美尼克的「生物體外」或「試管內」的實驗系統 (in-vitro system) 為研究案例。所謂「試管內」實驗系統是不含任何生物細胞，實驗者是從生物細胞中提取生物存有物，稱「細胞提取物」(cell extert) 來做實驗。最開始，生物學家是從大腸桿菌體內提取細胞液，隨著後來模式生物種類變多，慢慢也從酵母菌或兔子身上提取細胞提取物。
為何要從生物體內提取細胞液做實驗，而不直接在生物體內進行實驗呢？原因是，生物體內環境系統太過複雜，生物學家很難釐清其中的因果互動關係，他們提取功能正常的細胞提取物，如能正常進行蛋白質合成的細胞液，置入試管內含有「被設計好的」(programmed) 的人工合成 RNA 的實驗環境，意指是一組因果系統已被控制好的實驗系統，同時，實驗生物學家也會在整個實驗過程針對感興趣的活動反應進行「測量步驟」，一般稱「測定」或「分析」(assay)，如對胺基酸注入含有放射性同位素（如硫-35）的化學物質，製造出具有放射性標記的胺基酸，讓生物學家可以用之測量反應變化。
生物史上最有名的實驗大概是，1961 年美國生物學家尼倫伯格 (Marshall Nirenberg) 和馬特伊 (Heinrich Mattaei) 把大腸桿菌磨碎，取出其細胞提取液後將之保溫，為了使裡面原有的蛋白質停止合成，接著，他們從外部加入人工合成的多聚尿嘧啶核苷酸 (poly-U)，並補充 ATP、GTP、和有放射性標記的胺基酸等成分，終於，他們成功合成出多肽鍊，也就是蛋白質，並且證實該蛋白質的密碼子是 UUU（人類第一個解開的遺傳密碼），更重要的是，U 這個尿嘧啶是 RNA 才有鹼基（DNA 沒有），如此，不僅成功合成蛋白質，還一舉解開分子生物學的中心法則，終於知道從 DNA 到蛋白質中間未知的階段，原來是 RNA，而非其他生物學家競相猜測的其他存有物 。
關於這段精彩的分子生物學實驗發展，任柏格以實驗系統觀點分析它。首先，「實驗系統」概念呼應了上面所提到的，實驗生物學家所操作的對象，不是某個理論設計下的孤立實驗，而是一整套的實驗安排，如尼倫伯格實驗，涉及許多且連續的實驗步驟，而且，尼倫柏格團隊一開始並沒有想到會解開 UUU 遺傳密碼，是因為他們所發展的實驗系統提供很多有別於數學和密碼學的研究資源，幫助他們解開密碼，甚至解開中心法則裡的黑盒子。
事實上，尼倫伯格團隊一開始的領域是癌症細胞研究，當時生物學界已經知道癌細胞的代謝調控機制跟一般正常細胞不同，特別是其蛋白質合成的速度特別不一樣，所以他們想要研究癌細胞的蛋白質合成，沒想到，其所發展的實驗系統一路帶領他們，從癌症研究、到生化學，再從生化學到分子生物學，這種跨越學科邊界的實驗研究不僅讓他們解開遺傳密碼，還發現蛋白質合成的重要步驟。他們的發現後來均受到其他生物學領域的重用，如幫忙發現能穿透內質網和粒線體內膜的蛋白質運輸等。[12] 這表示，一個實驗系統不會受限於單一學科，不僅不會只停留在原學科發展，而會促使其他學科重組或與不同領域的實驗系統融合――任柏格使用的語詞是生物學中的「雜交」("hybridization", Rheinberger 1997: 135)﹔或另外發展出另一個分支系統。[13] 我們可以說，任伯格的實驗系統是哈金所謂「實驗自有其生命」(Hacking 1983: 150) 的現代分子生物學證明案例。
根據陳瑞麟，「知識事物是構成被探討對象的物質元目（存有物）或歷程」，包括物理結構、化學反應、生物功能等（陳瑞麟，2012，頁 469）。知識事物會在實驗系統中，不預期地出現或消失，或曾經出現後來消失、再以另一種形式出現。出現時，是藉由「技術對象」顯現，技術對象指「實驗條件或實驗安排，包括工具、記號、模式生物⋯透過技術對象，知識事物才可能在種種知識實作與物質文化中被精練和鞏固。總而言之，如果想理解實驗如何產生知識，必須分析實驗系統，包括它探討的知識事物，以及做為探討工具的技術對象」（頁 470）由此可知，知識事物和技術對象是實驗操作中，兩個於存有學上異質、但彼此不可或缺的元素。
拿實際的實驗系統來說，實驗系統通常會包括一些特定材料、必備裝置、預備程序、儲存裝置、測量技術、以及實驗步驟 (lab protocols) 等。除了這些物質性的資源 (material resources) 外，任伯格強調還有「概念資源」(conceptual resources)，如細胞提取物就是某種「概念存有物」(conceptual entity)，因為實驗者在進實驗室前，必須事先知道自己要提取「什麼」，才會知道實驗步驟在說什麼，否則，對一個完全外行的人來說，就算他把實驗步驟反覆看了好幾次，但肯定是有看沒有懂，對如何使用實驗裝置、操作儀器全然不理解，此時就算身旁有位願意耐心「教導」他的同行，指導如何提取蛋白質、將試管置入離心機進行離心、接著取出試管上方的上清液與下方的沈澱物等動作，他還是不知道自己眼前的「東西」（技術對象）到底是什麼？
他若真的想了解，就需要適當的「概念指引」(guidance of concepts)，幫助他認識知識事物的正確內涵，韋柏稱為進行實驗行為所需的「認知資源」(cognitive resource) (Weber 2005: 132)。畢竟，實驗家在實驗室裡的每一個行為背後，或多或少，都需要有概念指引，也因此，韋柏認為像「上清液」("supernatant")、「沈澱物」("pellet")、或「帶（帶狀標記）」("band")等概念，不只是一種「觀察概念」(observation concepts)，應該可以把它們視為實驗系統裡的「理論詞」(theoretical terms) (Weber 2018)。因為，對他而言，實驗系統不是獨立於實驗者心靈以外的物質存有物，而是由實驗者心靈概念所指導並做出來的實驗行為 (Weber 2018)。[14]
隨著傳統科學哲學企圖將論點擴展生物學不斷遇到挑戰，生物學哲學家便開始自己探討生物學實驗有哪些重要的議題。近三十年代，受到實作轉向影響，生物學哲學更是對實驗提出精彩、豐富的研究成果，這些研究中，有些是傳統科哲議題的延伸，有些則是屬於生物學自身獨特的研究問題。本文從第二節開始介紹生物實驗的因果推理，包括培根歸納法和彌爾方法，然後我們介紹在新機制哲學的框架下，生物學家如何用實驗發現機制，其實驗方法論的推理模式為何，其中干預與偵測模式不可忽略。第三節，我們用了很大的篇幅介紹生物學實驗中很具特色的探索實驗，從生物學進入分子化前、分子化後初期、乃至現代使用高通量技術蒐集大數據，探索實驗共有哪些特徵。第四節我們介紹模式生物，分析模式生物對生物實驗的重要性展現在可用之外推知識、模式生物是重要的實驗對象、以及模式生物可以提供寶貴的模組結構知識，第五節介紹實驗系統，其他還有也很重要的議題，包括生物學家如何產生實驗資料或數據、如何判斷實驗的人為誤差與真實資料的差距、他們如何排除外在因素、確定資料可靠性等有趣且重要的問題，有待另一篇文章予以介紹。
[1] 培根法出自培根所著的《新工具論》（The Novum Organon）（Bacon, 1960[1620]），《新工具論》書名來自亞里斯多德的《工具論》（Organ）。
[2] 關於邏輯經驗論對實驗的觀點，西方文獻可參考Nagel (1961) “Experimental Laws and Theories”; Popper (1959) The Logic of Scientific Discovery; Kuhn (1977) “Mathematical versus Experimental Traditions in the Development of Physical Science”; Hanson (1965) Patterns of Discovery, Ch. 1，中文文獻可參考陳瑞麟，2012，《認知與評價：科學理論與實驗的動力學》第二章〈從觀察到理論：經驗模型的媒介〉、第三章〈理論的檢驗與局部決定〉。
[3] 其他四種方法可見陳瑞麟《科學哲學：假設的推理》第五章〈假設的建構〉，皆有清楚的介紹和舉例說明。
[4] 不同的新機制哲學家因研究興趣不同，各自選取了不同的生物學領域進行研究，例如達登主要是以古典遺傳學、早期的免疫學、以及分子生物學初期為研究對象，而克瑞弗是以神經生理學為主要研究對象，貝克托則選擇細胞生物學為研究對象。至於新機制論者最初為何會想或同意以「機制」取代「起因」或物理學的定律可以從許多層面來看，包括傳統因果形上學用機械唯物論來看世界萬物運作與因果作用，生物學哲學早期用生機論與後來的化約論來探討生命現象，乃至後來的生物學哲學注意到生物學者本身如何看待生物因果以及在生物學實作上，他們如何使用「機制」此語詞。各種原因有些作為背景，有些作為驅動主因，最後在二十世紀末匯聚形成今日的新機制哲學。也參看 Darden (2013)的觀點。
[5] 斯坦爾後來還是繼續發展他的觀點，他在2002年出版〈在科學史與科學哲學中的實驗〉（Experiments in History and Philosophy of Science），以及2016年出版《探索實驗：安培、法拉第、以及電磁學的起源》（Exploratory Experiments: Ampère, Faraday, and the Origins of Electrodynamics）英譯本。
[6] 發現DNA雙股螺旋結構的諾貝爾獎得主克里克（Francis Crick）在1958年曾提出「序列假說」（Sequence Hypothesis），表示「遺傳訊息由DNA 序列傳遞到RNA，再以此為依據組成蛋白質序列」，此假說後來發展成分子生物學的「中心法則」（central dogma）。
[7] 關於科學實驗技術和理論知識之間的關係，可見瑞德（Hans Radder）的〈在實驗科學中的技術與理論〉（Technology and Theory in Experimental Science），此文主要分析實驗對象和裝置間如何產生穩定的實驗系統，並且實驗者如何在其中獲得新知識（Radder 2003）。
[8] 陳瑞麟教授也曾對實驗行為分析出實驗行為的典型結構，其中亦對「實驗對象」與「實驗裝備」做出區別，見《認知與評價：科學理論與實驗的動力學》第七章。
[9] 染色體步移技術是一種對基因體進行物理定位分析的技術，生物學家利用限制酵素將每一個染色體切成許多可辨識的片段，然後決定其在染色體中確實的排列順序，此法使染色體定位工作得以加速進行。
[10] 「雙胸複合基因」最早是由1915年魔根團隊所發現的基因座，也稱基因位點（genetic locus），經過好幾世代的生物學研究，後來知道當初發現雙胸複合基因及其所控制的雙胸突變現象是開啟分子生物學家研究同源基因與開創演化發育學與表觀遺傳學的重要起點，路易斯等人也從果蠅此模式生物獲得重要的研究資源獲得1962年諾貝爾獎，相關故事可見葉筱凡（2014）〈解開果蠅雙胸突變之謎〉，《科學月刊》。
[11] 關於弗萊克介紹，可見陳恆安〈梅毒：一個科學事實的發生與發展〉。
[12] 尼倫伯格在1966年解開64個，也就是所有的密碼子。1968年，他與科拉納（Har G. Khorana）獲頒諾貝爾獎。
[13] 關於實驗系統會繼續發展，陳瑞麟提到，那是任柏格受法國哲學家德希達（Jacques Derrida）影響，任柏格以「延異」（difference），即「差異化」來理解實驗再被生產的過程，詳細內容可見陳瑞麟，2012，第十章，頁468-470。
[14] 這一節引用不少陳瑞麟對任伯格的介紹，事實上，陳瑞麟在《認知與評價》第十章〈科學實驗的發展（一）：一個輻射模型〉除了清楚介紹任伯格的實驗系統外，他還進一步地區分任伯格的實驗系統是著重發展「近似典範等大單位的變遷」，而他自己則受到哈金、馬攸（Deborah G. Mayo）、蓋利森（Peter Galison）、吉爾瑞（Ronald Giere）等模型與實驗哲學家影響，選擇深化且延伸、創新提出「實驗行為的結構」（the structure of experimentation）和「實驗模型」（experimental model）兩大概念，並且對近代電學實驗以及生物學古典遺傳學兩領域的個別實驗，它們如何發展或演化、背後理論與現實實驗如何相互交織、生成發展、以及實驗行為人在個別實驗發展動力學中，扮演什麼角色等面向提出十分細緻的分析。本文旨在介紹生物實驗的哲學，理應可將陳瑞麟提出的概念與分析架構用來分析本文所介紹的生物學實驗，特別是生物學進入分子化後與現代生物學實驗，討論是否也適用或會有需要調整的地方，但這需要另一篇文章獨立分析。
一、中文文獻
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葉筱凡（2014），〈科學需要科學哲學的理由之一：釐清科學概念〉，《科學月刊》第615
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葉筱凡（2020），〈生物學中的機制〉，王一奇（編），《華文哲學百科》（2020版本）。URL=http://mephilosophy.ccu.edu.tw/entry.php?entry_name=生物學中的機制
二、英文文獻
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