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天下文化首頁 主題 請赴一場生物學的盛宴
科學自然

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2017.09.13
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這就是生物學
麥爾是達爾文以來最偉大的演化生物學家,他為生物物種寫下定義,他開創系統分類學,奠定現代演化綜合理論。...
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請赴一場生物學的盛宴


數年前,當時任法國總統的季斯卡(Valéry Giscard d’Estaing)曾宣布:「二十世紀是生物學的世紀。」如果說整個二十世紀都是生物學的世紀並不盡然正確的話,至少就二十世紀後半期來說是肯定的事實。今日生物學是一門蓬勃發展的領域,我們目睹了遺傳學、細胞生物學、神經科學驚人的突破;演化生物學、體質人類學、生態學也有長足的進展;由分子生物學的研究更是萌生出一整套新產業。我們在各個領域中都可輕易見到生物學豐碩的成果,而醫學、農業、動物養殖業和人類營養學,只不過是少數較常提及的範疇而已。

但生物學的前景並非始終如此光明。從十七世紀時科學革命以降,至第二次世界大戰結束後,對大多數人而言,所謂的科學,是像物理、化學、力學、天文學等需大量仰賴數學,並強調共通定律重要性的學科。在這段期間,物理被奉為科學的圭臬;相對的,探究生物世界的努力則被貶謫為低等的工作。及至今日仍有許多人對生命科學持有嚴重偏差的看法,譬如當媒體在介紹演化的觀念、智力的高低、探測外星生物的可能、種屬的滅絕、吸煙的危險等,都常出現有誤解生物學的情形。

遺憾的是,許多生物學家本身對生命科學也帶有一些迂腐的成見。現代生物學家傾向極度的專業化,他們對特定鳥類、某種性激素、育幼行為、神經解剖、或是基因的分子結構所知甚詳,但對自己專業領域之外的進展則經常是一無所悉。很少生物學家能有時間跳脫出自己的專業,而以開放寬廣的角度環視整個生命科學的發展。遺傳學家、胚胎學家、分類學家或生態學家都自稱為生物學家,但多數對「各生物學科之間的共通性」,或是「生物與物質科學(即天文、物理、化學等)之間的基本差異為何」,則缺乏清晰深入的認知。這些議題正是我在《這就是生物學》想要揭露與探討的主要目標。

從醫科學生到哲學博士

幾乎從學會走路以來,我就愛上了觀察大自然,並由於對植物與動物的熱愛,使我能以整體的角度來接近生物世界。很幸運的是,當我大約在1920 年就讀德國的高中時,當時生物的教學著重整個生物體的概況,以及生物與其他生物之間、生物與無生命環境間互動的介紹;若套用今日的術語,也就是生活史、生物行為和生態學。雖然在高中課程中我也修習了物理和化學,但這兩門學科是與植物或動物毫不相干的領域。

及至我當醫科學生的那幾年間,我太著迷也太汲汲投身於醫學,更是無暇思索「什麼是生物學?」或是「哪些因素使生物學成為一門科學?」之類的基本問題。事實上,當時也沒有任何課程傳授有關「構成生物學要素」的資訊,起碼在德國大學的情形是如此。而我們現今稱之為生物學的知識,則是在植物系或動物系中教授,這兩系所都非常強調生物體結構與形態的研究,以及生物的譜系發育史(親源關係)。雖然也有其他如生理、遺傳、或與實驗多少相關的課程,但彼此的研究主題少有交集和整合。再者,當時實驗學者的觀念架構,也和動植物學家建立在自然史上的理念架構,扞格不容。

就在我完成臨床前基礎學科的檢定考之後,我決定放棄醫學轉攻動物學,尤其專注在鳥類的研究,並在柏林大學選修了哲學課程。然而讓我大失所望的是,雖然在1920 和30 年代間,科學哲學已儼然發展成一研究學門,但在生物與哲學所探討的議題中,完全沒有任何溝通、銜接的橋樑。

及至1950 年代,在我熟諳哲學領域的所有思想後,更是感到強烈的失望,科學哲學根本不存在!在哲學的範疇中雖有邏輯、數學和物理,但卻幾乎沒有任何生物學家所關心的主題。大約也在同一時候,我靜坐下來,詳列一張名單,寫下在演化生物學的書籍或已發表文獻中(其中有少數是我撰寫的)提到的主要通則概論,並發現這些通則沒有任何一條能在哲學的論文中受到充分討論,大部分根本連提都不曾被提過。

然而當時我仍無意捲入科學歷史或科學哲學的研究,我所發表的這類論文,也純是為應付研討會和座談會的邀約,不得不暫時放下手邊演化理論和系統分類學研究才完成的,至於論文唯一的目的,則在指出生物和物理在許多層面上的歧異。例如1960 年時,我應麻省理工學院勒納(Danial Lerner)的邀約,參與了有關因果關係的系列講座。我曾在1926 年和1930 年時分別發表過一篇絲雀的論文,和另一篇探討鳥類遷徙行為起源的論文,從此就對生物行為的成因有著濃厚的興趣,這類能使我有機會釐清思緒的討論,我總是格外歡迎。我很早就意識到,在無生命和有生命的世界之間,存有絕對的不同,兩個世界雖都遵循物質科學所發現和分析的共通定律,但生物體同時還服從另一套無生命世界所沒有的成因,也就是遺傳指令。當然,我並非是第一位發現生物雙重成因的生物學家,但我為這次系列講座所發表的論文,卻是首篇針對這個主題做詳細探討的文獻。

生物學:一門截然獨立的科學

老實說,我各篇關於「生命科學和物質科學之差異」的論文,主要是訴諸生物界的同儕,而不是專寫給哲學家及物理學家看的;在生物學的文章中常會不自覺引用物理論者的觀點,像是「構成複雜生命系統的每一屬性,都可透過對更小組成(如分子、基因等等)的研究來了解」,這樣的陳述讓我感到荒謬悖理。在生命世界中,從分子、細胞、組織,到整個生物、族群、甚至物種,生命個體不斷向上發展出層級更高也更複雜的系統,而每一層系統都會有一些新的特質出現,那些是即使透徹探討過組成份子後也無法預測得知的。

起初我以為這種「突現」僅存於生物世界,因此在1950 年代一次於哥本哈根舉行的演講中,宣稱「突現是檢測生物世界的特徵之一」。當時認為突現現象是相當抽象模糊的觀念,因此原本坐在聽眾席中的波耳,於討論期間起立發言時,我心裡已準備好將要面對嚴苛無情的辯駁。但出乎意料,波耳完全沒有反對突現的觀念,只是提醒我用突現現象來劃分物理和生物科學的論點還有待商榷;他當時舉水為例,說明水分子的性質也無法由組成水的氫原子和氧原子的特性中看出,波耳認為無生命世界的突現現象也是無所不在的。

除了反對上述的化約主義外,另一個令我憎惡的觀點,則是稍後被巴柏美名為本質主義的類型模式思考方式。本質主義將變化萬千的自然界區分為固定的幾種型態,並僵化尖銳的排斥其他可能的型態。這種分類觀念的起源最早可追溯回古希臘時代柏拉圖和畢達哥拉斯的幾何學,卻不適用在今日的演化和族群生物學上;演化和族群生物學研究的對象並非獨立的個體,而是由眾多獨立個體聚集而成的族群,因此我們很難找到其隸屬的類別。以族群的觀點來解釋多變的生物現象,也就是所謂的族群思考方式,對習於物理論(Physicalism)觀點的人來說似乎特別困難,我就曾為了這類問題數次與物理學家包立相持不下;包立是少數渴望了解生物學家腦中在想些什麼的學者,最後當我建議他想像由100 個移動方向和速率均不相同的分子所構成的氣體後,他才終於比較了解族群式的思考方式。

生物學還常遭許多想要建立科學史的人士所誤解。孔恩的《科學革命的結構》一書於1962 年付梓時,我很不解為什麼這本書會激起如此多的騷動。沒錯,孔恩的確駁斥了一些傳統科學哲學中最不切實際的論點,且呼籲大家注意「歷史因素」的重要,然而他提出的替代觀點,在我看來似乎一樣不切實際。

孔恩主張生物學發展史中的劇烈改革是指何時?而他所描述漫長的常態科學又意指哪一段期間?據我所了解的生物學歷史,那些根本不存在。達爾文在1859 年發表的《物種原始》,毫無疑問是革命性的創舉,然而演化的概念卻早已瀰漫有一世紀之久了;再者,達爾文理論中促成演化適應的關鍵機制—天擇,也一直要到此書出版了百年之後才被完全接受;在這段漫長的期間中,仍有零星的革命發生。科學的發展絕對沒有常態科學的時期。無論孔恩的觀點應用在物理學上正確與否,都無法套用在生物學上。物理背景出身的科學史學家,似乎無法掌握生物研究領域三百多年來發生的事。

我開始愈來愈能看清生物和物質科學是兩門截然不同的科學,兩者所探討的主題、歷史、方法和哲學,都有基本的差異。雖然所有生物的運轉符合物理和化學的定律,但生物體卻不能完全切割化約成物理化學法則,物質科學也無法解答許多生物世界所獨有的性質。傳統的物質科學和依據物質科學所建立的傳統科學哲學,全都由一些不適用於生物研究的觀念所主導,其中包括了本質主義、決定論、普遍論和化約主義。而生物學則是由族群思考方式、機率、機會、多元論、突現和歷史敘述所組成。如今我們需要一個融合所有科學研究方法的全新科學哲學。

明心見性的科學

當我計劃撰寫此書時,腦海中浮現的是一部生物學的生命史,可讓讀者充分了解生物學的重要與豐富,同時也能幫助生物學家解決資訊爆炸的問題。在這領域中,每年都有新兵加入研究的陣容,成果也像雪崩一般來勢洶洶、一瀉千里的發表、刊印。事實上,幾乎所有和我聊過天的生物學家,都曾抱怨他們連自己專門領域的論文都讀不完,就遑論其他鄰近學科的資訊了。然而科學觀念的躍進,決定性因素往往來自自己狹小領域之外的意見,新的研究方向也常需要生物學家稍微跳出自己的範疇,將問題視為解釋生命世界大方向的一小部分後,才能浮現出來。我希望本書能提供一理念架構,使汲汲於研究的生物學家,能由此獲得較寬闊的視野,並運用在自己專門的研究議題上。

談到資訊爆炸,沒有任何學科能比分子生物學的情況更明顯了,然而本書卻並未詳盡討論分子生物學,僅在第8、9 章中列舉了一些由分子生物學家所發現的主要通則。這並不是因為我覺得分子生物學不如其他學科重要,原因正好相反,無論我們討論的是生理學、發生學、遺傳學、神經科學或動物遺傳學,分子的運轉都是所有現象的最終根本,研究者每天不斷有更新的發現。然而我個人的感觸是:雖然我們已辨識了許多樹木,卻仍未窺見森林的全貌(見樹不見林)。其他人或許並不同意我的想法,但無論如何,要廣泛的綜觀分子生物學,是我力有未殆的工程。

另外一門甚為重要的學門—心智運作的生物學,也有同樣的情形;由於目前對此我們仍處在摸索階段,我並不精通必要的神經科學和心理學的知識,而可以做廣博的分析,因此無法談及。最後一門疏漏的領域則是遺傳學,生物體舉凡結構、發生、功能、活動各個層面,都深受遺傳程式的影響,但由於分子生物學的興起,遺傳學的發展重心也已轉移至發生遺傳學上,並實際成為分子生物學的子學門,因此本書也無意檢視這個領域。然而我衷心希望,本書以整體性的觀點來探討生物學的方法,仍能對這些未直接涵蓋的生物學子學門有所助益。

如果生物學家、物質科學家、哲學家、史學家和其他對生命科學有專門興趣的人士,能從後面的章節挖掘出實用的觀點,那麼本書就達到主要目標之一。但是我深刻以為,每位受過教育的人士,都應該對演化、生物多樣性、競爭、滅絕種、適應、天擇、生殖、發生等基本生物學觀念有所認識,因為人口過剩、環境破壞、都市貧民窟的問題,是科技進展或文學歷史均無法舒緩的,最終唯有透過了解這些問題的生物學根源才能解決。

最後,要做到古希臘智者所說的「明心見性」,也得先知道我們的生物起源。幫助讀者進一步了解人類在生物世界中的地位,以及我們對自然界的責任,是本書的主要目標。

1996 年9 月於麻州劍橋

【書籍資訊】
摘自就是生物學

這就是生物學
數位編輯整理:楊廣俞

Photo Credit:Pixabay

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