文章專區

2022-10-15讀周成功著《生命為什麼如此神奇?》 490 期

Author 作者 張之傑/科普作家。

今(2022)年8月1日收到陽明交通大學生命科學系周成功教授的電郵,說他的書出版了,問我地址和電話。我以為他要寄來,沒想到當天下午就送來了。當時我到捷運站散步,沒和成功兄謀面。多少年來不知有多少朋友送書給我,親自送上門這還是頭一遭!

成功兄的隆情厚誼,我應該寫篇書介才是。我正在寫一篇科學史論文,預備待論文殺青後,再著手寫書介。8月6日至7日,隨長子一家子去了一趟武陵農場,山中天氣涼爽,腦筋較為清明。從武陵山莊到桃山瀑布的路上,心想:我和成功兄大約1979年定交,彼此相知甚深,他的事怎能延後!主意打定,一回到臺北就著筆了。

2005年,我退出職場到世新通識中心兼課,開設三門課:中國科學史、生物的演化、白話科學。我的課不考試,但一學期要繳交兩篇讀書報告。我要求學生,撰寫讀書報告,要簡述所讀書籍的結構和內容,使未讀該書者也能知其梗概。為成功兄的大作寫的這篇書介,就算是此一理念的自我實踐吧。

成功兄的《生命為什麼如此神奇?》副標題是「周成功教授的13堂探索之旅」。該書有兩篇推薦序,一篇是陳文盛教授的〈不普通的普通生物學〉,一篇是劉源俊教授的〈子帥以正的科學教育推手〉,略去不表。成功兄在自序〈大一普通生物學究竟該教些什麼?〉說出他的著作理念。

成功兄(以下行文稱作者)原任教研究所,從事研究和帶研究生,退休後開始在大學部開課。這本《生命為什麼如此神奇?》就是根據他在陽明開設的普通生物學的錄影整理而成。著作理念是:普通生物「要學會一套和高中只會應付考試完全不同的自我學習方法,進而獲得包括批判性思考、發掘問題、寫作表達等等可以應對未來挑戰的重要能力。」

欲達成上述教學目標,就不宜使用英文課本,內容應提高視野,以演化的角度俯瞰生命世界。「要讓學生對生物學有個整體的掌握,就必須把生物學擺在演化的脈絡下去理解。這是高中生物最欠缺的一環,而國外教科書在這個問題上也交了白卷。」成功兄是抱著開創新猷的雄心,著作這本書的。

自序之後進入13堂課,依序是:(1)薛丁格的大哉問:生命是什麼?、(2)生命的起源、(3)生命為什麼如此複雜?、(4)生命的化學工業——化學反應與酶、(5)生命的能源政策、(6)遺傳、基因與分子生物學、(7)基因體與染色體、(8)基因表現的調控、(9)自私基因與性擇、(10)人的演化、(11)我們為什麼會生病?、(12)我們為什麼會老?、(13)生物學為什麼如此獨特?加上圖片來源和索引,計398頁。第一堂課「薛丁格的大哉問:生命是什麼?」包含六節:薛丁格和「生命是什麼?」、生命如何克服亂度、生命資訊系統的儲存與運作、基因資訊的解碼、人類的資訊系統:基因體與體質、為什麼一位物理學家會問生命是什麼?從這些題目,大致可以看出這堂課的內容。

這篇書介預備在《科技報導》刊出,因為有字數限制,如果依據在世新所標舉的讀書報告寫法,可能要寫上一、兩萬字,我也沒有那麼大的精力。幾經斟酌,決定將第一堂課逐節介紹,其餘各堂省略,代以筆者的個人觀點。

1940年代,一些高瞻遠矚的物理學家和化學家涉入生物學領域,奧地利物理學家薛丁格(Erwin Schrödinger)就其中佼佼者。生命的繁複紛雜,生物學家視為理所當然。「當物理學家思考生命是什麼時,一個全然不同於生物學家的思維逐漸呈現。」

在「薛丁格和生命是什麼?」一節,說明薛丁格名著《生命是什麼?》(What Is Life?)的來由。1939年,薛丁格應邀到愛爾蘭建立都柏林高等研究院(Dublin Institute for Advanced Studies)理論物理研究所,1943年在該所發表一系列演講,主題是「What is Life?」(生命是什麼?)副標題是「The Physical Aspect of the Living Cell」(活細胞的物理面向)。1944年,此講稿由劍橋大學出版社輯而成書。筆者看過這本書的中譯本,老實說並不能真正看懂。

作者在這堂課中,提出薛丁格對生命的第一個疑惑:「為什麼所有的生命形式,都可以擁有穩定而高度秩序的結構?」根據熱力學第二定律:「有秩序的系統是不穩定的,必然會瓦解趨向最大亂度。」作者以譬喻解釋什麼是亂度(entropy,又稱熵),並引述波茲曼方程式,說明任何物理系統一定有亂度存在。

在「生命如何克服亂度」一節,根據熱力學第二定律,有秩序的系統是不穩定的。生命之所以穩定而有秩序,是因為細胞會釋放熱到環境中,也就是以增加環境的亂度為代價。作者說:「我們常說要保護環境,但只要有生命存在,環境必然會變亂,這又是熱力學第二定律惹的禍。」這個結論在過去從沒聽過。

在「基因資訊的解碼」一節,薛丁格提出的第二個疑惑是:「一個生物系統是如何精準複製,並代代相傳一組龐大、可遺傳的基因訊息?」1943年薛丁格在都柏林演講時,人們對基因仍然諱莫如深,薛丁格卻準確的預測遺傳資訊的形式,以及可能的複製機制。他的預測啟發了美國分子生物學家華生(James Watson)和英國生物學家克里克(Francis Crick),於1953年發現DNA的分子結構,成就了蓋世偉業。

在這一節裡,作者以電腦的RAM譬喻RNA,「遺傳程式儲存在DNA裡,很穩定!⋯⋯因此RNA扮演的角色,就跟電腦中的RAM程式一樣,是『暫時』有用、不穩定、用完就丟棄的。」這樣的譬喻豈是一般人想得出來的。

在「基因資訊的解碼」一節,說明遺傳密碼的意義。作者以電腦使用的0與1兩個數字組成的程式為例,需經過「解碼」才能轉換成數字、文字或符號。DNA上的遺傳密碼,也必須經過「解碼」,才能知道這段密碼所對應的蛋白質胺基酸序列。簡言之,DNA的上的遺傳密碼需轉錄成RNA,再轉譯成蛋白質,才能表現其意義。在這一節裡,作者強調,遺傳密碼對應胺基酸的關係,普世一致,亦即所有的生物都源自一個共同祖先。也就是說,地球上的生命只有一種形式,沒有第二種形式。

在「人類的資訊系統:基因體與體質」一節,作者指出,人類基因體定序完成,大約有兩萬個基因。筆者當年讀書時,預測的是有十萬個呢!當黑猩猩的基因體也完成定序,發現人和黑猩猩的的基因體相差不過1/100強,難怪黑猩猩已歸類為人科。作者還指出,不同人間的基因體,差異大概是1/1000。基因體決定了我們的體質,作者說:「要徹底了解遺傳資訊多樣性究竟是怎樣決定我們的體質,可能是生物醫學界未來一百年最重要的研究方向與目標。」

這一節作者還指出,在可預見的未來,每個人將有一張「生物身份證」,告訴你一生中可能有哪些潛在危險,以及依此設計的一套生活方式。作者感喟地說:「這樣美麗新世界的來臨,我們不禁要問:基因資訊到底是解放了我們,還是成為它的俘虜?」

在「為什麼一位物理學家會問生命是什麼?」一節,作者理出1943年薛丁格在都柏林發表「生命是什麼?」系列演講的來龍去脈。原來以研究噬菌體聞名的德裔美籍生物物理學家德爾布呂克(Max Delbrück),啟發了薛丁格。讓筆者意想不到的是,德爾布呂克也是物理學家,他還是德國理論物理學家玻恩(Max Born)的學生呢。1932年,丹麥物理學家波爾(Niels Bohr)發表「光與生命」演講,激勵了一批年輕物理學家,德爾布呂克正是其中之一。這些都是閱讀《生命為什麼如此神奇?》才知道的。分子生物學的開創,參與的物理學家何其眾多!

因限於篇幅,以下不再條分縷析,且以一位老生物人和老編輯人的角度,談談對成功兄這本大作的觀感。筆者讀臺灣師範大學生物系時(1962∼1966),學的是傳統生物學,對於以生化為基礎的現代生物學一無所知。在國防醫學院(簡稱國醫)當研究生時(1968∼1970),受業於許織雲教授和馮憲文等幾位生化系教授,對於現代生物學才略窺其門徑。

在國醫那兩年,我專攻組織學。組織是解剖學的一個分支,屬於記誦之學,讀完後很快就會遺忘。以生化為基礎的現代生物學,是以分子層次解釋生命現象的嚴整體系,學過後縱使遺忘細節,基本觀念是不會忘的。這是我於1975年寫出平生第一本科普書《生命》(科學月刊)的憑藉,以及能夠讀懂成功兄大作的憑藉。

話題回到成功兄大作,個人認為,該書的殊勝之處至少有三點。其一,該書可能是第一本國人自撰的分子生物學科普讀物。筆者曾為文指出,科普讀物可粗分為兩大類,一類以青少年或普羅大眾為對象,可稱為大眾科普讀物;一類以文化人或特定人士為對象,可稱為進階科普讀物。成功兄的大作屬於進階科普讀物。

其二,成功兄的大作,每堂課都列出延伸閱讀,書後列出各堂課的圖片來源,最後是筆畫序索引,可說應該有的都有,和國外科普讀物無異。國人自撰的科普讀物通常缺少這些配件,我的那本《生命》,書後只列出主要參考書;2015年出版的《白話科學:原來科學可以這樣談》(開學文化),什麼也沒列。

其三,成功兄的大作,全彩印刷,書後雖列出各堂課的圖片來源,但插圖都經過重繪,這從插圖的畫風一致可以看出端倪。由於畫風一致,披閱之下特別賞心悅目。插圖重繪和全彩印刷所費不貲,臺灣市場狹小,一般出版社無力負擔。天下文化的大手筆,表示對該書的重視。

那麼成功兄的大作就無可評之處嗎?有的,不是內容,而是理念。個人認為,普通生物學仍需包含生物學的各個門類,猶如普通物理不能略去力學、聲學、光學、電學等,只談理論物理。成功兄的大作作為普通生物學教本,個人並不認同。作為一本科普書,絕對是上乘之作。筆者謹以一位老科普人的信譽,鄭重推薦這本書。