【GENE思書軒】關於人體的那些事

• 作者／江才健

一九四三年二月裡的冬天，物理學家薛丁格在愛爾蘭都柏林市做了一系列演講，演講的主題是由物理科學概念出發，希望給當時生命科學中的遺傳問題帶來新解。

薛丁格的科學成就早在十多年前已經得到肯定，當時已是地位崇隆的諾貝爾獎得主。由於生命科學研究曙光乍現，加上他自己對於哲學甚至東方宗教出名的好奇與思索，因此，一年後以他演講內容集結成的一本小書《生命是什麼》（What is Life?），成為二十世紀讓許多人議論的名著。有人說，這本書對現在蔚為主流的分子生物學，可謂啟蒙之作。

二〇一八年九月初，為回應薛丁格七十五年前的演講，在薛丁格當年演講的愛爾蘭三一學院舉行一個討論會，主題是「生物學的未來」，討論會踵續薛丁格演講的調子，當然要瞻望未來。

薛丁格當年演講，主調是以分子基礎來討論染色體遺傳，他提出猜想，認為遺傳物質是「不規律晶體」，由原子的一種無序但特殊有序結構形成。對於遺傳物質在生物體中的運作，薛丁格借用了物理的熱力學概念，熱力學第二定律是說整個體系的熱熵會持續增加，生物遺傳物質運作則選擇反其道而行。簡單說，薛丁格就是希望用物理學思維，來替生物學解惑。

一九四三年薛丁格五十六歲，他最輝煌的物理工作是一九二六年提出的波動方程，那奠定了量子力學或然律表徵的問題，也奠定他在物理科學上的不朽地位。有一個說法指薛丁格做出波動方程後表示，有了波動方程，化學家的工作變得沒有意義了。

薛丁格會做《生命是什麼》演講，當然也有物理科學燦然大備、顧盼自雄的味道，但是一些人看他的演講內容，覺得既沒有特別的原創性，也不是領先群倫之作，原因是薛丁格所說的遺傳分子的不規律性，遺傳學家穆勒（Hermann Muller）早在一九二二年已經提出。後來得到諾貝爾獎的穆勒在六〇年代曾寫信給記者，指薛丁格的說法只是錯誤揣測，因為一九四四年埃弗里（Oswald Avery）完成細菌轉化實驗後，DNA 才確定為遺傳分子，之前認為最有可能的遺傳分子角色是蛋白質。

但是薛丁格的影響確是毋庸置疑。十年後做出重要工作而開啟分子生物學的代表人物，由物理學家克里克（Francis Crick）、威爾金斯（Maurice Wilkins）和班澤（Seymour Benzer）到動物學家華生（James Watson），都聲稱他們受到薛丁格思想的啟發，原因除了薛丁格有思想創新的名聲，也來自一個絕佳時機；因為生物學已經由主要是描述性的有機體科學，轉變成為機械性的微觀科學。因此，由物理或化學觀點來探究生命現象，自然而然是順理成章。

一九五三年克里克與華生大膽猜測出 DNA 的核酸氫鍵結構，不但標誌著二十世紀生物科學的一個歷史躍進，也開啟了往後迄今的分子生物學新紀元，過去整體組織視野的生物科學，化約為微觀結構的分子與基因生物學，這個傳承的未來何去何從，事實上還在未定之天。

薛丁格雖說在物理科學的量子力學貢獻卓著，以新的數學方法解決了微觀粒子行為不能確定的或然率問題，但是他心知肚明，這些美妙玄奧的數學理論，到底如何能在真實客觀現象中展現，也還未可知。因此他曾經提出一般稱之為「薛丁格的貓」的悖論，這是一個想像的實驗，一隻貓與一個放射物質源共處於密閉空間，實驗設計如果放射物質源發生輻射反應，會觸動放射探測器，然後引發機關釋出致命氰化物殺死貓。

以巨觀世界來看，貓只可能是活的或是死的，但是在這個密閉空間的實驗中，貓的生死卻取決於一個或然率判定的微觀放射現象，因為根據量子力學的理論，微觀現象在觀察前，只是一個或然率，只在觀察時才確定，因此貓的生死也只能在觀察的當下決定。

薛丁格的貓悖論說明的，就是數學解釋合理的微觀現象，在巨觀世界是有矛盾的，因為巨觀的真實世界裡沒有既生又死的貓。

這麼多年以來，一些物理實驗學家在實驗室裡的努力，確實創造出在特定控制條件下，一個微觀粒子「既生又死」的「雙重狀態」，這樣的實驗就以「薛丁格的貓」為名。

但是這種物質的微觀現象只能在控制條件中存在，還無法同樣產生於一般的外在世界，更惶論用以來描摹更為多樣和難以預測的生命現象。

——本文摘自《一生必修的科學思辨課》，2021 年 9 月，天下文化。

《生命是最精彩的推理小說：一個生物學家眼中的奇妙世界》（生物と無生物のあいだ）是一本對生命科學研究（具體來說是對細胞分子生物學和生物化學）有興趣的高中生、大學生和研究生都適合閱讀的科普書。

在《生命是最精彩的推理小說》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。

《生命是最精彩的推理小說》的日文原文書名『生物と無生物のあいだ』是「生物與非生物之間」的意思。可能編輯跟我一樣看太多日本推理小說，就把書名改成《生命是最精彩的推理小說》，不過並不失原味，因為作者在《生命是最精彩的推理小說》一 書中，的確作了一些推理，他在大師如雲的美國洛克斐勒大學，對著野口英世（1876－1928）的塑像思考日本人和美國學術界對他的科學貢獻觀感的矛盾； 然後從華生（James D. Watson，1928－）和克里克（Francis Crick，1916 – 2004）的DNA的雙重螺旋、物理學大師薛丁格（Erwin Schrödinger，1887－1961）的《生命是什麼》（What Is Life?）、舍恩海默（Rudolph Schoenheimer，1898 – 1941）的「動態的平衡狀態」來推理生命現象的分子本質；然後用在洛克斐勒大學及哈佛大學醫學院當博士後研究員的經歷，述說生命科學實驗室沒日沒夜的生活，還有用實驗推理GP2分子的功能之過程。

閱讀全文：

生物與非生物之間－生命是最精彩的推理小說

走上生命科學這條路

我小時候不愛讀書，於是很丟臉地考不上我們那裡的獨立中學，也就是馬來西亞最大的華文中學，於是只能發配邊疆到我爸家鄉，住在我大伯家中就讀另一所獨立中學。

沒想到，那成了我一生中最美好的事。不像我弟妹唸的那所獨中極為重視管教和升學主義，我唸的中學更重視的是人文教育，我們有大量的活動讓我們多元地學習，有教室佈置和同樂會，而且只要不刮老師的車和刺破車胎，我們愛怎麼胡搞，老師都裝著沒看到。我在中學幹過「壞事」，比三個弟妹的總合都還要多。

因為山高皇帝遠，加上唸的是放牛班，只要不要干擾上課不交作業也沒關係，我們有大量的空閒時間。我在大伯家住在堂哥房間，他留學台灣，大學唸台大醫技、研究所唸微生物免疫所，所以房內有大學的教科書，因為實在太閒了，所以有時間我就會偷偷拿他的大學教科書，如解刮學、生理學、免疫學、血液學、生化學、酵素學、病理學等等來亂翻。因為當時英文實在太爛，加上程度不夠，根本不可能看得懂，可是看圖總能猜出一二吧？

把他的大學教科書翻完，只能說愈來愈覺得人體的生命現象實在不太不可思議了，於是決定要往生物醫學的領域發展，還有努力學好英文。上了僑大先修班後，發現自己對基礎生物學，尤其是細胞生物學和分子生物學尤其感到非常有興趣，即使有醫學系可唸，仍毅然決定要唸生命科學。

當時我對細胞生物學尤其感興趣，看著生物課播的影片，一顆細胞分裂成兩顆細胞的過程，染色體精確地排列在細胞的中間成一列，然後紡綞絲有條不紊地把姐妹染色體分開拉在兩邊，細胞一分為二，就覺得感動到不行。在整個組織器官中，細胞得要精確地分化成各式不同種類的細胞，這個發育生物學過程，同樣令人著迷。

淺顯易懂的《我的人體實用手冊》

這本《我的人體實用手冊》(How the Body Works) 令人感到相逢恨晚，真希望求學時就能供在書架或床頭，三不五時拿來翻閱。《我的人體實用手冊》用了大量有聲有色的圖示和精簡扼要的文字，深入淺出地介紹了各種組織器官如何精妙絕倫地配合無間，也是部保養維修時必備的讀物！

《我的人體實用手冊》涵蓋了細胞和 DNA、骨骼、肌肉、神經、循環、呼吸、感覺、消化、激素、生殖和腦等等，有充實的文字來提供足夠的細節。比其他解剖或生理圖文書更棒的，《我的人體實用手冊》也探討了許多人體功能的解剖生理等基礎，例如談心智情緒那章，就談了學習技能、製造記憶、進入夢鄉、關於夢境、七情六慾、戰鬥還是逃跑？、情緒問題、兩性吸引力、非凡的心智等問題。

《我的人體實用手冊》原本是本兒童讀物，但其精細和專業的程度很高，即使像我這樣的生命科學研究工作者，翻閱時仍不時對精妙的人體感到無比讚嘆。許多父母也能受益無窮，因為能回答好奇心重的小孩問題，不僅能夠更加鼓勵孩子積極主動學習的心態，並且還能當孩子的英雄。對於中學生或有求知慾的成年人，《我的人體實用手冊》會是有用的讀物！

今天我一起到新竹馬偕醫院探望恩師李家維老師（請參見報導 1、報導 2、報導 3），聽著他讚嘆醫學的進步，在他受傷後在加護病房聽著各科醫師會診，用先進的方法進行各種檢驗，以最現代的醫學科技協助他康復，真的非常感恩科學家和醫學家探索人體奧妙的努力，回家翻閱《我的人體實用手冊》真的有另一番感動。

來好好認識一下我們人體的奧妙吧！

本文原刊登於 The Sky of Gene。