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生物與非生物之間:所謂生命,究竟是什麼?一位生物科學家對生命之美的15個追問與思索

生物與非生物之間:所謂生命,究竟是什麼?一位生物科學家對生命之美的15個追問與思索

生物と無生物のあいだ

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內容簡介

一本能讓你愛上生物課,感受到生命溫度的書
比推理小說更精彩的生命科學故事
哈佛大學學者帶你發現生命的奧妙與美麗

  一位生物學者關於看待生命、理解生命,最動人的詮釋
  --生命並非是零件組成的分子機械,而是在動態平衡下的美麗流動――

  生命到底是什麼?
  「生命就是進行自我複製的系統」,這是二十世紀生命科學所得到的一個解答。分子生物學的生命觀認為,生命體是由無數微小零件組成的精密模型,因此我們有機會利用精巧的操作來改變生命體,進行「改良」。

  但真的是這樣嗎?
  哈佛學者、知名分子物學教授福岡伸一認為,生命是在動態平衡下的流動,或許是另一個能夠定義生命的準則。但,這種「動態」到底是什麼呢?

  本書帶你深入肉眼看不到的世界,認識生命最精巧的設計,從病毒的發現、DNA雙重螺旋結構的確認與自我複製意涵、到薛丁格對生命的思考、生物化學家舍恩海默的動態生命觀……,一步步解開生命「動態」之美與謎。

  福岡教授充滿人文情懷的筆調,也彷彿推理小說般,抽絲剝繭,訴說一個個關於生命與生命科學的精采故事。

得獎紀錄

  ◤獲選《朝日新聞》代表平成年代的30本書
  ◤暢銷日本80萬冊
  ◤中央公論新社新書大賞、三得利學藝賞,雙重獲獎作品!

名人推薦

  ◤科普作家 張東君、台大醫師 陳耀昌、清大生命科學系助理教授 黃貞祥、北一女生物科教師 蔡任圃、泛科知識公司知識長  鄭國威 推薦

好評推薦(按姓氏筆畫序排列)

  生命之奧秘,真是所謂「一沙一世界」。福岡伸一以分子生物學家之眼,散文大師之筆,將重要發明及發明家的心路歷程,做了又生動又人性化的描寫。這本書自2007年出版,迄今又有「人造細菌」、「基因剪輯」、「免疫細胞細胞膜改造」等鬼斧神工之技,真希望福岡先生再寫一本最新版。--台大醫師、《島嶼DNA》《傀儡花》作者  陳耀昌

  在《生物與非生物之間》裡,日本青山學院大學教授福岡伸一,用半自傳的方式同時勾勒出分子生物學研究和生命的分子現象,對生命科學的門外漢來說,可以吸收一些分子生物學的知識;對有心想要就讀生命科學(尤其是分子生物學)方面的高中生,可以稍微看看是否真的對分子生物學感興趣;對想要唸研究所的學生,可以稍微看看生命科學研究是怎麼一回事。--清華大學生命科學系助理教授 黃貞祥

  科學概念的發展脈絡是科學教育重要的一環,不但可以還原歷史軌跡,也有助於建立正確的科學觀念。福岡伸一教授的《生物與非生物之間》提供了許多重要科學研究的發展歷程,也介紹許多實驗的原理與意義。書中對科學家個性與態度的描述更是精彩,許多科學家的態度是小心謹慎而不會妄下結論的,這樣的研究精神也非常適合做為科學教育的案例。  --北一女中生物科教師 蔡任圃

  為了回答「生命是什麼」這個大哉問,作者以一則則流暢的真實故事,扎實的科學講解,恰到好處地將科學史上的重要時刻串連起來,就如同 DNA 銜接起生命的密碼。作者直面科學實務上時常被隱晦的那些混亂與不堪,亦給予關鍵成就適當的評價,極能啟發讀者思辨,我認為地球上的高等智慧生命都不該錯過這本好書。--泛科知識公司知識長,PanSci泛科學共同創辦人 鄭國威
 

作者介紹

作者簡介

福岡伸一


  1959年生於東京,京都大學農學博士。曾任美國洛克斐勒大學及哈佛大學醫學院研究員、京都大學助理教授。現為日本青山學院大學教授,專攻分子生物學。

  在分子生物學的最前線從事研究活動,同時也持續向一般大眾傳達生命科學的魅力。

  作品包括《動的平衡》《失敗的男人》《琉璃星天牛的藍》《維梅爾的光之王國》《生命的對談》《福岡博士的書架》《生活中的微知識》等。

譯者簡介

劉滌昭


  輔仁大學日文系畢業,日本拓殖大學經營學碩士。曾任牛頓雜誌叢書主編、日本文摘主編、民生報日文編譯,現為專職譯者。譯有《零極限之富在工作》《20世紀名言集》《投資才有希望》《不生病的生活》《一日一餐的健康奇蹟》等書。
 
 

目錄

推薦序  生命中美好的動態平衡 黃貞祥
前言 所謂生命,究竟是什麼?        
1  紐約大道與六十六街       
2  無名英雄       
3  四個字母       
4  查加夫拼圖        
5  衝浪愛好者獲得諾貝爾獎       
6  DNA的黑暗面       
7  機會是留給準備好的人       
8  原子產生秩序之時        
9  什麼是動態平衡       
10  蛋白質的輕吻        
11  內部的內部就是外部       
12  細胞膜的動態        
13  賦予膜形狀的物質       
14  數量、時序、剔除        
15  時間是解不開的折紙      
後記  除了跪在自然的潮流之前,什麼都不該做
 

推薦序

生命中美好的動態平衡

黃貞祥/清華大學生命科學系助理教授


  生命現象究竟是怎麼一回事呢?

  在《生物與非生物之間》裡,日本青山學院大學教授福岡伸一,用半自傳的方式同時勾勒出分子生物學研究和生命的分子現象,對生命科學的門外漢來說,可以吸收一些分子生物學的知識;對有心想要就讀生命科學(尤其是分子生物學)方面的高中生,可以稍微看看是否真的對分子生物學感興趣;對想要唸研究所的學生,可以稍微看看生命科學研究是怎麼一回事。

  福岡伸一舉了「動態的平衡狀態」為例,指出「我們吃進身體的分子,會在瞬間散布至全身,之後短暫停留在某處,接著又在一瞬間離開我們的身體。換言之,我們生命體的身體並非如塑膠模型般,由靜態的零件組成的分子機械,而是成立於零件本身的動態之中。」他認為根據「動態平衡」論,能夠讓我們思考如何區分生物與非生物,以及我們生命觀的演變。從這個「動態平衡」中,也再次驗證了「諸行無常」,所有生命不過都是因緣暫時俱足聚合而生的。

  在《生物與非生物之間》後半部,福岡伸一介紹了他那幾年艱辛的博士後研究員生涯,指出他在美國過的像是奴隸般的生活,還要面對競爭者的壓力。其實生命科學研究,尤其是競爭激烈的分子生物學和生物醫學,都很難避免要面對艱辛的研究環境,而像我們這樣還選擇投身而入的,無非只是為了尋求有重大發現時的感動,還有期待為人類作出實際的貢獻。

  近幾十年來醫學上的許多重大突破,像是新藥的研發、新診斷或治療方法的發明和疾病成因的瞭解,都是建立在許許多多在實驗室沒日沒夜辛勤工作的基礎科學研究人員的貢獻上。生命科學家艱苦辛勞地在作出很大的付出和貢獻時,還要忍受社會大眾、政界和其他學界對我們的誤解,以為在做基礎研究無法對人類作出實際的貢獻。

  可是實際舉例來說,今天對癌症的瞭解,絕大部分知識都是建立在研究大腸桿菌、酵母菌、果蠅、線蟲等不起眼小生物上乍看之下無聊的性狀的。如果沒人去研究果蠅遺傳和突變,還有酵母菌的細胞週期,以及線蟲的細胞自戕,可能就無法瞭解許多訊號傳遞的路徑和分子,就不能瞭解癌症的致病原因,也就不可能研發出所謂的標靶藥物。

  《生物與非生物之間》之中提到的,也只是我們對生命現象極為膚淺的理解而已。而且《生物與非生物之間》也僅提到生命科學的一部分而已,因為生命科學還有同樣非常有趣的生態學、族群生物學和演化生物學,是從更寬廣的角度來探討生命和生命之間,還有生命與環境之間的精彩互動。對這些互動的探討,是瞭解我們之所以擁有書中提到的分子和分子機制所不可或缺的!

前言

所謂生命,究竟是什麼?


  我目前住在東京近郊的多摩川附近,經常在河邊散步。微風拂過河面吹來,令人心曠神怡。我避開陽光的反射,凝視水中。我知道水裡棲息著各種生命,突出水面的三角形小石塊上可以看到烏龜的鼻子;順著水流游動,是像細線般的幼苗魚群;或是黏在水草上,看起來像沙粒的蜻蜓幼蟲……。

  我突然想起剛進大學時,生物學老師問大家的問題:人可以在瞬間分辦出生物與非生物,但你是如何認定生物的?大家能為生命下定義嗎?

  我一直期待著答案,但直到整個課程結束,都沒有明確的答案出現。課堂上僅列出由細胞組成、有DNA、藉呼吸製造能量等幾個生命特徵後,隨著暑假到來,課程也告一段落。

  在為某一事物下定義時,列舉出屬性來敘述是比較容易的做法,但是,要清楚認識定義的對象,絕不是件簡單的事。進入大學後我首先發現到的就是這一點。從那時候起,我就一直在思考何謂生命這個問題,但直到今天,還沒有得到一個明確、能令我滿意的答案。現在的我,對於過去二十多年來的問題,或許能用一種比較具體的方法來探索了。

  生命到底是什麼?「生命就是進行自我複製的系統」,這是二十世紀生命科學所得到的一個解答。一九五三年,科學專門雜誌《自然》上刊登了一篇僅千字左右(一頁多)的論文,論文中提出由兩條方向相反的螺旋組成的DNA模型。生命的神秘就在這個雙重螺旋結構。因為它美麗的結構,許多人在看到這個劃時代模型的同時,就立即相信它的正當性。但更重要的是,這個結構還明確顯示出它的機能,兩位共同執筆這篇論文的年輕科學家華生和克里克在文章最後說:「這個雙螺旋結構讓人立即聯想到自我複製機制,這一點我們並沒有忽略。」

  DNA的雙重螺旋呈相互複製的對稱結構。雙重螺旋解開後,就像軟片的正片與負片的關係。根據正片製造出新的負片,原來的負片則製造出新的正片,於是產生兩組新的DNA雙重螺旋。寫入正或負片的螺旋狀軟片中的暗號,就是基因資訊。這是生命的「自我複製」系統,新的生命誕生時,或是細胞分裂時,成為資訊傳達機制的根幹。

  DNA結構的發現,揭開了分子生物學時代的序幕。接著又陸續了解DNA上的暗號,就是細胞內微小物質的轉殖資訊,以及這些暗號是如何被讀取的。進入一九八○年代後,更能夠藉由類似極為精密的外科手術將DNA切開或連接,以轉錄資訊,換言之,基因操作技術的誕生,達到了分子生物學的黃金時期,讓我這個從小就著迷在草原上追逐昆蟲、在水邊捕魚,法布爾(Jean-Henri Fabre,法國博物學家、昆蟲學家、科普作家)和今西錦司(日本生態學家、人類學家)等自然主義者的崇拜者,也無法抗拒這股時代的熱潮。不管我願不願意,不,我甚至主動進入微小的分子世界。因為那裡有著生命的關鍵。

  就分子生物學的生命觀,所謂生命體,是由無數微小零件組成的精密模型,說它是分子機械也不為過,也就是笛卡兒所主張的機械性的生命觀。如果生命體是分子機械,那麼就可能利用精巧的操作來改變生命體,進行「改良」。即使還無法立即進展到這種程度,或許也可以讓分子機械的某個零件停止運作,來觀察生命體會發生什麼異常,以推測該零件的功能。也就是說,可以由分子的層次來解析生命的秘密。基因改造動物,例如「基因剔除鼠」,就是基於這樣的想法製造出來的。

  我過去對胰臟的某個零件頗感興趣。胰臟是製造消化酶、分泌胰島素來控制血糖值的重要器官。由該零件的存在部位和存在量來思考,它一定與細胞工程有關。於是我使用基因操作技術,將它從DNA中抽取出來,製造出缺少了這個零件的老鼠。這就是「剔除」了某一零件的老鼠。調查老鼠在生長過程中發生什麼變化,就可以了解這個零件的功能。或許老鼠無法製造充分的消化酶而導致營養失調,或是因為胰島素的分泌異常而引發糖尿病。

  投下很長的時間和大筆研究經費,我們終於製造出這種老鼠的受精卵。將受精卵置入孕母的子宮,然後等待小老鼠的誕生。母老鼠順利生產,我們屏息觀察幼鼠到底會出現什麼變化。幼鼠慢慢長大為成鼠,但並未出現任何異狀。沒有營養失調,也沒有糖尿病。我們檢查牠的血液,拍攝顯微照片,進行各種精密檢查,結果毫無異常和變化,令我們感到非常困惑。這到底是怎麼回事?

  事實上,全世界與我們同樣抱著期待,製造出剔除了各種零件的老鼠,結果與我們同樣困惑和失望的例子不在少數。如果與預測不同,並未發生特別的變化,就無法發表研究成果,也不能寫成論文。相信類似情形應該很多吧。

  我最初也很失望,直到現在仍有一半失望的感覺。但我漸漸意識到,這不就是生命的本質嗎?

  利用基因剔除技術,即使完全剔除某一種零件或某一片斷基因,生物仍可用某種方法彌補缺陷,發揮補償作用,使整體不至於出現任何功能失調。生命具有一種重要的特性,不像零件組成的模型般,能以類比推論的方式來說明,它似乎存在著其他的動態(dynamism)。我們觀察世界,能夠分辨生物與非生物,或許就是感受到生物的動態。那麼,這種「動態」到底是什麼呢?

  我想起了一位猶太科學家舍恩海默(Rudolph Schoenheimer)。他在DNA的結構發現之前就已經去世了,他是首先提出生命為「動態的平衡狀態」的科學家,證明了我們吃進身體的分子,會在瞬間散布至全身,之後短暫停留在某處,接著又在一瞬間離開我們的身體。換言之,生命體的身體並非如塑膠模型般,是由靜態零件所組成的分子機械,而是成立於零件本身的動態之中。

  前幾年,我針對舍恩海默的發現,將我們不斷進食的意義和生命的形態,與狂牛症問題對照進行探討,寫了《能安心吃牛肉了嗎?》(もう牛を食べても安心か,二○○四年)一書。在這本書中,我則根據「動態平衡」論,思考如何區分生物與非生物,以及我們生命觀的演變。這也是我朝大學第一學期被問到的問題「生命是什麼?」所邁出堅實的一步。
 

詳細資料

  • ISBN:9789869792127
  • 叢書系列:有方之度
  • 規格:平裝 / 280頁 / 14.8 x 21 x 1.4 cm / 普通級 / 單色印刷 / 初版
  • 出版地:台灣
 

內容連載

9 什麼是動態平衡
 
沙灘上的城堡
 
遠方沙灘呈平緩的弓形向兩側延伸。強風從海面上吹來,海天一色。總覺得,在海面與陸地銜接之處,存在著某些能解開生命之謎的碎片。因此我們的夢想也經常在這裡迴盪。
 
就在波浪湧來,然後又退去的位置,有一座構造非常細緻的沙堡。有時波浪會湧至沙堡腳下,帶走一些沙粒。吹來的海風也會不斷的削去沙堡表面的乾燥沙粒。但奇妙的是,雖然時間一分一秒過去,沙堡的外觀卻始終不變,保持著原來的形狀。不,正確的說,是看起來沒有改變。
 
沙堡能保持著原來形狀,有它的原因。肉眼無法看見的海中小精靈,一刻都不停歇的在被侵蝕的壁面上堆起新的沙,填補凹洞、修整崩塌的部分。不僅如此。海中精靈有時更會在波浪和強風到來之前,對於可能遭到破壞的地方,先一步毀損,加以修復和補強。因此即使經過數小時,沙堡仍能保持原來的外形。或許過了幾天之後沙堡仍能存在。
 
但有一件很重要的事。現在沙堡內部已經完全沒有數天前建造時的沙粒了。原來堆砌起來的沙粒都已被波浪和強風帶回到海中或陸地,目前看到的沙堡,是新堆砌起來的。也就是說,沙粒已全部換新,而且沙粒的流動現在仍在持續中。雖然如此,沙堡確實存在著。換言之,這裡不是固定不動的沙城,而是某種動態的東西,由流動的沙粒所製造出來的「效果」。
 
甚至連不斷分解、重建沙堡的海中精靈,也沒有注意到此狀況,而且它們也是由沙粒形成的。在每一個瞬間,有些精靈返回沙粒,有些則從沙粒中成為精靈。它們不是沙堡的守衛者,而是沙堡的一部分。
 
當然,這只是比喻。不過,如果將沙粒視作在自然界中循環的氫、二氧化碳、氧、氮等主要元素,將精靈視為主宰生物體反應的酶或基質,那麼沙粒堆砌而成的沙堡就有了生命。生命並非主要元素集合而成,而是元素流動帶來的效果。
 
我們發現這種單純卻又具轉換性之生命觀的真正意義,是距今不久前的事。當然,這裡以「我們」稱之並不公平。精密實驗此一事實,以微觀思維來證明宏觀現象的人,是美國生物學家舍恩海默,當時為一九三○年代後期。可知,我們接觸新的生命觀至今不過七十餘年,而且目前還無法完全理解他所闡述的意義,甚至我們已經遺忘他的名字和成就。

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