2017年9月8日 星期五

No.460《這就是生物學》


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☆★【☆科普探索.無限可能☆】科普漫遊精選叢書★☆

第460期 2017/09/09

這就是生物學

生物學,是多采多姿的科學,
是獨一無二的科學,是明心見性的科學。

這本書讓我們領悟到生物學的重要與豐富,
獲得廣闊的視野與理念架構,
並清楚自己在生物世界的起源與地位,以及人類對自然的責任。

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。這位當代生物學巨擘站在知識的高峰,把自身投注於摯愛主題的畢生思索,傾囊相授。

  他朝生物學的汪洋撒下大網,將科學哲學、生物學發展史、生物學研究領域等等問題,一網打盡。透過嚴謹的論述、透徹的洞見、博引的舉證,帶領我們遍覽由生理學、細胞學、分類學、形態學、發生學、演化學、生態學等學門構成的生物學版圖。

  書中的觀點與見解,提供我們重新思考生命問題的新起點,這是一位百歲生物學家留下來的一部浩瀚的生物學生命史。

這就是生物學

  生命是什麼?

  原始洪荒時期的人類居住在大自然中,每天以採集者、狩獵者或畜牧者的身分接觸著動植物;而無論是老者或嬰兒、生產中的婦女或戰鬥中的勇士,死亡屢見不鮮。「生命是什麼?」這樣亙古不變的問題,必定也曾縈繞在我們老祖先的腦海中。

  或許最初的人類對「生物體的生命」和自然界中「無生命物體的靈魂」並沒有清楚的區別。大部分原始人類相信,一座高山、一池清泉、一棵樹木、一隻動物或一個人,內部皆有靈魂寄居其中。這種相信靈魂到處存在的觀點最後雖然式微,但人類對「生命體內有些東西使之有別於無生命物質,且這些東西會在死亡的剎那離開身體」的信仰卻仍十分強烈。在古希臘文明,存在於人體內的這種神祕東西稱為「氣息」。後來則稱為「靈魂」,特別是在基督教中。

  到了笛卡兒和科學革命時代,動物也和山川、樹木一樣,失去持有靈魂的資格,但人類可分成軀體和靈魂的二元論觀念,卻還持續普遍的根植在一般大眾心中,並一直延續至今。死亡對二元論者來說,是一道格外難解的謎題,為什麼靈魂會突然消失或離開身軀?它又去到何方?是臻至涅盤,還是回到天堂?一直要到達爾文發展出經由天擇篩選,使生物得以演化的學說後,死亡才算有了科學和理性的解釋。生物學家魏斯曼是達爾文的忠實信徒,他在十九世紀末首次解釋:快速的世代更替提供了全新的基因型,使生物能用一勞永逸的方式應付變化中的環境。魏斯曼有關死亡的論文,為死亡意義的探求和了解開展新紀元。

  然而,當生物學家和哲學家言及「生命」時,他們所說的生命,並不是意指相對於死亡的那種生命,而是相對於無生命物質的那種生命。闡釋生命這種實體的特質,已成為生物學家的主要目標,但問題是「生命」好像暗示了有某些東西存在,那可能是一些物質,也可能是一些力量。於是幾世紀來,哲學家和生物學家嘗試認清這些生命物質或生命力量,但都徒勞無功。現實上,「生命」一詞只是將抽象的存活過程具體化,並不存在有獨立的實體。我們可以用科學的方式探討存活的過程,卻無法研究抽象的「生命」;我們可以描述、甚至嘗試定義「存活」是什麼,我們可以界定存活和不存活(無生命);事實上,我們還可解釋存活是一些無生命的巨分子作用下的產物。

  生命是什麼?我們又如何解釋生命過程?自十六世紀以來就一直是熱烈討論的議題。情形大致如此:有一派陣營認為,生物和無生命物質並沒有什麼區別,支持這一論點的人,有時被稱為機械論者,後來改稱為物理論者。另外一派稱為生機論的反對陣營,則宣稱生物體具有一些特質,是無法在無生命物質中找到的,因此生物的理論和觀念是不能完全簡化為物理和化學定理的。在某些時期及某些學術機構中,物理論似乎取得優勢,但在其他時期及其他地點,生機論者似乎又占上風,到了二十世紀,我們已能清楚看出,這兩派陣營的說法並非完全正確,但也非全盤皆錯。

  物理論者在「沒有抽象的生命物質存在」以及「生命在分子層面可用物理化學定理解釋」上的堅持是正確的。僅管如此,生機論者強力論述:「生物和無生命物質是不同的,生物有許多自發性的特徵,尤其是從歷史演進(演化)中獲得的遺傳程式,是無生命物質所沒有的,生物體具有多層秩序系統,這和無生命世界所發現的任何事物都不一樣。」這也很合理。若將物理論和生機論這兩大哲學思想去蕪存菁,並融合兩者的最佳原理後,所形成的思想學說稱為「有機生物論」,這正是主導今日生物學的新思典範。

(本文為節錄,完整內文請見這就是生物學


 馴化生物教戰手冊——人馴化了作物,作物也馴化了人

科學新聞由Pansci.tw泛科學提供

文/劉筱蕾

各位家庭煮夫煮婦、魯蛇魯妹們應該都有上街買菜的經驗吧!看到市場上繁多的品項時,是否曾經想過這些穀物蔬果是怎麼來的?是人類將植物馴化成我們想要的樣子?還是這些植物用某種方法,控制人類協助它們傳播?如果有一本「馴化生物教戰手冊」,這本教戰手冊到底會紀錄哪些內容,指引生物們走向溫拿之路呢?

植物跟人類之間,比較沒有這種「藍色蜘蛛網」的故事情節。在植物馴化過程中,不同地區、不同植物的馴化事件,讓這些馴化植物被選汰出一組馴化作物間相似的性狀,也就是所謂的馴化綜合特徵(domestication syndrome),例如不脫粒 (non-shattering)、不受光周期的影響(loss of photoperiod sensitivity)、種子大小的改變,以及花朵或是植物構造的改變(像是矮化)等等。這些性狀大幅增加馴化作物於人為環境中生存的適存度(fitness,族群遺傳學中用來描述擁有某一特定基因型的個體,在繁殖上的成功率或能力)。

但是馴化作物也不是單方面被人類跟環境蹂躪的小可憐,教戰手冊裡絕對有一章的內容是如何征服人類。與其強調植物經人類馴化而改變其遺傳性狀,更好的解釋可能是在馴化過程中,作物與人類這對難兄難弟,其實都在互相改變自己以適應對方。舉例來說,人類大量食用作物讓飲食習慣改變,成為大腦跟消化系統演化的關鍵,而其後工具的使用,又讓人得以拓展攝食與馴化的範圍,所以人可以選擇來馴化的物種名單也增加了。而為了適應植物的特性,讓人類生活發生改變的例子更是多不勝數,像是青稞讓藏族往高處發展的內容,就是馴化植物影響人類生活很好的例子。

那故事就結束了嗎?植物被馴化→農業興起→作物跟人類從此過著幸福快樂的日子→End?啊當然沒有啊!!這直線發展模型忽略了人為環境改變是動態的,隨著環境改變,新的挑戰也會產生,馴化作物也必須持續演化以追上這些挑戰。教戰手冊中最重要的一項內容應該是如何跨越緯度障礙而繁殖成功。

農作物在東西向軸線的發展,要比南北向軸線上快得多。因為相同緯度的地區,日照長度和季節變換是同步的,因此相對跨緯度擴張,作物東西向拓殖所需要的適應(adaptation)少得多。緯度的轉換代表氣溫、雨量、季節轉換、與日照長度都和原生地不同,所以向不同地方傳播的馴化作物們,開始在世界各地打不同的副本,克服環境與人類行為帶來的挑戰 (當然,這是互相影響的,人類也必需快速改變於文化或是農施作上的策略),而在環境的轉變之下,有時共生物種會因為更加適應新的環境而變成馴化作物 ,加入人類向外遷徙時攜帶的農業包裹(agrarian packages)中。馴化其實沒有一個特定的終點,而是直到現在還持續進行。

從遺傳學的角度來看,人類開始馴化生物到現在,就已經開始改造作物了。不但作物接受人類的馴化,植物也同時影響的人類的繁衍、行為、與文化。 作物們跟人類之間的互動關係是相當親密跟複雜的。兩者間的互動強化了彼此間的傳播能力,也塑造了人類多樣而複雜的文化。隨著科學的進步,希望我們可以進一步揭露植物與人類共演化的面紗。

(本文為節錄,完整內文請見 【Pansci.tw泛科學】
馴化生物教戰手冊——人馴化了作物,作物也馴化了人



 

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