Generalizations and Models in Ecology : Lawlikeness, Invariance, Stability, and Robustness

The question at issue in this dissertation is the epistemic role played by ecological generalizations and models. I investigate and analyze such properties of generalizations as lawlikeness, invariance, and stability, and I ask which of these properties are relevant in the context of scientific explanations. I will claim that there are generalizable and reliable causal explanations in ecology by generalizations, which are invariant and stable. An invariant generalization continues to hold or be valid under a special change called an intervention that changes the value of its variables. Whether a generalization remains invariant during its interventions is the criterion that determines whether it is explanatory. A generalization can be invariant and explanatory regardless of its lawlike status. Stability deals with a generality that has to do with holding of a generalization in possible background conditions. The more stable a generalization, the less dependent it is on background conditions to remain true. Although it is invariance rather than stability of generalizations that furnishes us with explanatory generalizations, there is an important function that stability has in this context of explanations, namely, stability furnishes us with extrapolability and reliability of scientific explanations. I also discuss non-empirical investigations of models that I call robustness and sensitivity analyses. I call sensitivity analyses investigations in which one model is studied with regard to its stability conditions by making changes and variations to the values of the model s parameters. As a general definition of robustness analyses I propose investigations of variations in modeling assumptions of different models of the same phenomenon in which the focus is on whether they produce similar or convergent results or not. Robustness and sensitivity analyses are powerful tools for studying the conditions and assumptions where models break down and they are especially powerful in pointing out reasons as to why they do this. They show which conditions or assumptions the results of models depend on. Key words: ecology, generalizations, invariance, lawlikeness, philosophy of science, robustness, explanation, models, stability

Ekologiset yleistykset ja mallit tieteellisissä selityksissä Viime aikoina ekologit ovat kysyneet, onko ekologisia lakeja olemassa. Keskeinen motivaatio tälle kysymykselle liittyy lakien rooliin tieteissä. Traditionaalisen (filosofisen) käsityksen mukaan tieteelliset lait ovat välttämättömiä tieteellisille selityksille. Ilmiöt selitetään osoittamalla, miten jotkin lait kattavat ko. ilmiöt erikoistapauksinaan. Väitöskirjassani tutkin ekologisten yleistysten ja mallien tiedollisia rooleja. Keskityn yleistyksien ominaisuuksiin lainomaisuus, invarianssi ja stabiilius, ja kysyn, mitkä näistä ominaisuuksista ovat relevantteja tieteellisten selityksien kannalta. Väitän että on olemassa yleistettäviä ja luotettavia kausaalisia selityksiä ekologisilla yleistyksillä, jotka ovat invariantteja ja stabiileja. Invariantti yleistys kuvaa, miten jotkin yleistyksen variaabeleiden arvot muuttuisivat, jos joitakin muita sen variaabeleiden arvoja manipuloitaisiin tai muutettaisiin tiettyjen ehtojen alaisena. Yleistys voi olla invariantti ja selityksellinen riippumatta yleistyksen lainomaisuuden statuksesta, ts. siitä kuvaako yleistys lain vai ei. Yleistysten stabiilius liittyy taas yleistyksien pätemiseen taustaolosuhteiden muuttuessa. Mitä stabiilimpi yleistys (tai säännönmukaisuus) on, sitä vähemmän riippuvainen se on taustaolosuhteista. Vaikka invarianssi tarjoaa meille selityksellisiä yleistyksiä, stabiiliudelle on toinen rooli: se tarjoaa tieteellisten selityksien yleistettävyyttä ja luotettavuutta. Ekologiset yleistykset kykenevät siis tarjoamaan meille jotakin muuta kuin vain tapaustutkimuksia . Ekologia on myös selityksellinen tiede riippumatta siitä, onko ekologisia lakeja olemassa vai ei. Tutkin myös tieteellisten mallien robustius- ja sensitiivisyysanalyyseja. Kutsun sensitiivisyysanalyyseiksi tutkimuksia, jossa mallia ja sen pätemistä eri taustaolosuhteissa tutkitaan muuntelemalla mallin parametri(e)n arvoja. Robustiusanalyysit ovat tutkimuksia siitä, tuottavatko saman ilmiön eri mallit, jotka sisältävät erilaisia mallinnusoletuksia, samanlaisia tuloksia vai eivät. Robustius- ja sensitiivisyysanalyysit ovat ei-empiirisiä keinoja tutkia, minkä olosuhteiden tai oletuksien alaisena mallit tuottavat joitakin tuloksia. Tässä mielessä ne voivat kertoa, mistä olosuhteista tai oletuksista mallien tulokset ovat riippuvaisia. Jani Raerinteen väitöskirja Generalizations and Models in Ecology: Lawlikeness, Invariance, Stability, and Robustness julkaistaan sarjassa Filosofisia tutkimuksia Helsingin yliopistosta. Väitöskirja kuuluu ekologian tieteenfilosofian alaan.