0

2
0

文字

分享

0
2
0

【Gene思書齋】E. O. 威爾森給青年科學家的信

Gene Ng_96
・2014/03/07 ・5059字 ・閱讀時間約 10 分鐘 ・SR值 565 ・九年級

立即填寫問卷,預約【課程開賣早鳥優惠】與送你【問卷專屬折扣碼】!

 

在我大三正準備要進研究所時,有本書出版了,是諾貝爾生理醫學獎得主、西班牙神經生物學大師桑地牙哥.拉蒙卡哈(Santiago Ramon y Cajal)的《研究科學的第一步--給年輕探索的建議》Advice for a Young Investigator)。這本書對台灣還有一個意義是,19 世紀的西班牙,在政治和科學的領域都不是歐洲的強權國家,就像台灣一樣。

我大四修研究所的神經科學兩個學期,常常會在課堂上聽說這個那個近年剛實證的發現,其實拉蒙卡哈早在好幾十年前就已經提出了等等,以及拉蒙卡哈用傳統神經染色而手繪的圖,仍因精確度很高而還有極大的參觀價值等等,現在即使有了先進的細胞生物學技術,新的發現仍和及拉蒙卡哈的出入極少。

年輕的拉蒙卡哈在沒有任何人的引領下跨入科學研究領域,後來終於成為西班牙少數享譽國際的科學家。他希望可以透過《研究科學的第一步》,將自己的心路歷程,告訴有志於科學研究的年輕人,幫助他們在初入科學研究領域時,建立正確的研究態度與方法。不過,《研究科學的第一步》也絕版了。

給青年科學家的信Letters to a Young Scientist

當這本愛德華‧奧斯本‧威爾森(Edward Osborne Wilson)的《給青年科學家的信》Letters to a Young Scientist),就有不少當上教授的朋友在臉書推薦。作為E. O. 威爾森的粉絲,我當然也要大力推薦!

E. O. 威爾森是我最敬重的科學家之一!事實上,我毅然決定不念台大醬料而念生命科學,後來從事演化生物學的研究,除了《侏羅紀公園》(Jurassic Park)給我的震撼,另一大原因就是因為在選科系前,讀了威爾森的自傳《大自然的獵人:博物學家威爾森》Naturalist),發現生物學的世界真的是太他X的有趣了,為何要在小房間和病人玩打針吃藥的遊戲呢?

E. O. 威爾森是當代最重要的昆蟲學家、生物學家與作家,被喻為「生物多樣性之父」、「社會生物學之父」,以生態學、社會生物學和螞蟻研究而享譽全球,是美國國家 科學院院士。曾任哈佛大學機體與演化生物學系教授,哈佛大學比較動物學博物館的昆蟲館名譽館長,也是佩萊格里諾講座大學研究教授(Joseph Pellegrino University Research Professor)。在哈佛大學,「大學教授」(Harvard University Professor)是最高的榮譽,全校一共才廿幾位教授能榮獲該講座,可以在任何科系開課!

除了卓越的研究,E. O. 威爾森也是不可多得的科學作家,曾兩度獲得普立茲獎(Pulitzer Prize),一次是以《論人性》On Human Nature),另一次是和Bert Hölldobler合著的The Ants。他有好幾本書有中譯本,雖然比較早出版的大多絕版了,不過圖書館應該可以找到,例如《繽紛的生命:造訪基因庫的燦爛國度》The Diversity of Life)、《Consilience—知識大融通》Consilience)、《螞蟻‧螞蟻》Journey to the Ants: A Story of Scientific Exploration)、《生物圈的未來》The Future of Life)、《蟻丘之歌》Anthill: A Novel)。

E. O. 威爾森的文筆絕佳,不管是學術著作還是科普作品,都深受歡迎!美國筆會(PEN American Center)還有一個以他命名的文學獎項--「筆會/E. O. 威爾森文學科學寫作獎」(PEN/E. O. Wilson Literary Science Writing Award),獎金一萬元美金,是由E. O. 威爾森、好萊塢名星哈里遜·福特(Harrison Ford)以及E. O. 威爾森生物多樣性基金會(E. O. Wilson Biodiversity Foundation)創辦的。此獎項的目的是鼓勵如瑞秋·卡森(Rachel Carson)的《寂靜的春天》(Silent Spring)和詹姆斯·華生(James D. Watson)的《雙螺旋─DNA結構發現者的青春告白》The Double Helix: A Personal Account of the Discovery of the Structure of DNA)之類,向大眾介紹科學並且深具影響力的科普作品。

第一屆筆會/E. O. 威爾森文學科學寫作獎得主是辛達塔·穆克吉(Siddhartha Mukherjee)的《萬病之王》The Emperor of All Maladies: A Biography of Cancer)(請參見〈癌症的人性傳記-萬病之王〉),第二屆得主是詹姆斯·葛雷易克(James Gleick)的《資訊:一段歷史、一個理論、一股洪流》The Information: A History, a Theory, a Flood)、第三屆是曼羅迪諾(Leonard Mlodinow)的《潛意識正在控制你的行為》Subliminal: How Your Unconscious Mind Rules Your Behavior)(請參見〈潛意識正在控制你的行為嗎?〉)。這些不可多得的科普好書都有繁體中譯本。

在這本《給青年科學家的信》中,E. O. 威爾森述說了許多他的研究經驗,這些出自大師的想法,是在一般論文學不到的。當然,沒有人可以讀了《研究科學的第一步》《給青年科學家的信》就清楚要怎麼做研究。要認真做科學研究,最重要的仍是要找到明師!要如何找對導師及念好研究所,請參考這本E. O. 威爾森也大力推薦的《研究所這條路:升學、研究、社交、謀職一把罩的研究所生存術》Getting What You Came For: The Smart Student’s Guide to Earning a Master’s or Ph.D.)(請參見〈研究所這條路上,工欲善其事,必先利其器!〉)。

過去也有一本好書《天才的學徒:建構叱吒風雲的科學王朝》Apprentice to Genius: The Making of a Scientific Dynasty), 描寫和分析了科學界的師徒制度。科學是理性的,可是科學研究的過程,是一門藝術,是師父領進門,修行在個人的。而且,人性與人際關係也扮演著重要的角色,科學家也有可愛和可恨的七情六慾,有機會也該讀讀詹姆斯‧D‧華生(James D. Watson)的《雙螺旋─DNA結構發現者的青春告白》The Double Helix: A Personal Account of the Discovery of the Structure of DNA)。

如果有機會,更該讀讀E. O. 威爾森的《大自然的獵人》, 你會對他的學術生涯更清楚。E. O. 威爾森指出,天分和數學技巧並非卓越科學家的必要條件,懷抱著探索未知事物的熱情才是一切的基石。其實我自己也見過許多在各方面天分極佳的人,反而沒有在 他們能夠發揮天分之處成功,關鍵其實是在能不能鍥而不捨!而能夠在不斷遭受挫折後還鍥而不捨的動力,就是來自熱情!

雖然《大自然的獵人》也有提到,可是E. O. 威爾森的《給青年科學家的信》更清楚地敍述了他的數學能力,在當上哈佛的終身教授後才修微積分,而且還拿了C。E. O. 威爾森在1967年和麥克亞瑟(Robert H. MacArthur)出版了地理生態學的The Theory of Island Biogeography,是本劃時代的巨著,他們建構的數學和生態模型,迄今仍在生態學上有重要的應用。我博班念生態學的時候就要讀他們的模型,完全無法想像到是數學白癡做出來的XD

E. O. 威爾森是傑出的螞蟻專家,研究的螞蟻是真社會生物,他在1975年出版了劃時代的《社會生物學:新綜合理論》Sociobiology: The New Synthesis),把所有關於社會生物的知識和理論做了很完整的整理,這部巨著迄今還有人在研讀,去年出版社還很有勇氣地出了四大冊的中文版!不過E. O. 威爾森《社會生物學》曾釀出很大的政治風波,因為他在最後一章討論了人類,激怒了一些學者和社運人士,攻擊他在倡導生物決定論。

攻擊他最強力者,還有來自哈佛同系所的同事--鼎鼎大名的古生物學家古爾德(Stephen Jay Gould,1941–2002)〔著有《達爾文大震撼 —課本學不到的生命史》Ever Since Darwin: Reflections in Natural History)、《貓熊的大姆指:聽聽古爾德又怎麼說》The Panda’s Thumb: More Reflections in Natural History)、《千禧年--古爾德三問》Questioning the Millennium: A Rationalist’s Guide to a Precisely Arbitrary Countdown)、《生命的壯闊》Full House: The Spread of Excellence from Plato to Darwin)〕 和族群遺傳學家路翁亭(Richard Lewontin,1929–)。他們在哈佛大學成立社會生物研究團,以破壞其理論根基和回應社會生物學家的發現宣稱。他們所針對的,主於集中於社會生物 學認為基因在人類行為扮演了中心角色的主張。他們認為,天擇無法解釋所有人類的行為,因為有些行為是腦演化的副產物,而非天擇主要的作用對象等等。

在學界和社會上受到了大力的抨擊,讓內向害差的政治白癡E. O. 威爾森開始反思,他思考人的思考和活動方式能否深受生理條件制約,可以用演化論分析其行為。他也展開社會科學和人文學科的探索,並把心得寫成了普立茲得獎之作《論人性》On Human Nature),透過社會生物學的角度,從對社會性物種以及與人類相近的靈長類物種的觀察研究,加上對人類文明特性的探析,以攻擊、性行為、利他主義與宗教四大主題,推演出人性的起源;後來還寫了《Consilience—知識大融通》, 從古希臘學者對知識統合的追尋談起,然後論及啟蒙時代後兩百年內的知識分裂過程,再探討知識統合理念的復甦。

E. O. 威爾森的《大自然的獵人》也提到了所謂的分子大戰,就是受化學和物理影響的分子生物學興起〔關於這場革命的歷史,最佳讀物是三大冊《創世第八天:二十世紀分子生物學革命首部曲 DNA》《創世第八天:二十世紀分子生物學革命二部曲 RNA》《創世第八天:二十世紀分子生物學革命三部曲 蛋白質》The Eighth Day of Creation: Makers of the Revolution in Biology)〕, 科學金童華生到了哈佛任教後,排擠生態學和分類學等傳統生物學,後來哈佛生物系還分裂成了兩個系--機體與演化生物學系(Department of Organismic and Evolutionary Biology)及分子與細胞生物學系(Department of Molecular and Cellular Biology)。不過,有趣的是,過了卅卌年後,有些兩邊的研究,慢慢走向了統合,像我的研究就涉及了機體與演化生物學及分子與細胞生物學。

E. O. 威爾森的研究也擴及整個地球生態圈,對於推展生物多樣性研究有著卓越貢獻,他雖然受的是傳統的分類學訓練,但也重視科技對分類學發展的貢獻。在他提議策畫下,建立起收納全球物種資料的線上生物百科全書,任何人在全世界任何一個角落連上網路,就可以進入eol.org網頁查詢。

E. O. 威爾森的學術歷程非常勵志,也值得大家學習的一點是,和很多曠世奇才不同的,E. O. 威爾森並非來自人生勝利組。他是來自美國南方落後州鄉下的小孩,大學念的是二、三流的阿拉巴馬大學,到哈佛念博士班畢業後,當上助理教授,然後一路艱辛地升上正教授,甚至「大學教授」,當選美國國家科學院院士,也榮獲了對諾貝爾獎遺漏的科學領域的基本研究予以提倡和獎勵的克拉福德獎(Crafoord Prize)。他的經歷,再再說明了後天努力的重要性!他在《大自然的獵人》《給青年科學家的信》提到他和各界菁英合作的經歷,顯示在科學研究中,團隊精神的重要性!

《給青年科學家的信》裡廿封信,真誠、平易且完整呈現了E. O. 威爾森對於科學之道的洞見哲思,值得任何年紀的科學家一讀!

給青年科學家的信

 

本文原刊登於The Sky of Gene

文章難易度
Gene Ng_96
295 篇文章 ・ 23 位粉絲
來自馬來西亞,畢業於台灣國立清華大學生命科學系學士暨碩士班,以及美國加州大學戴維斯分校(University of California at Davis)遺傳學博士班,從事果蠅演化遺傳學研究。曾於台灣中央研究院生物多樣性研究中心擔任博士後研究員,現任教於國立清華大學分子與細胞生物學研究所,從事鳥類的演化遺傳學、基因體學及演化發育生物學研究。過去曾長期擔任中文科學新聞網站「科景」(Sciscape.org)總編輯,現任台大科教中心CASE特約寫手Readmoo部落格【GENE思書軒】關鍵評論網專欄作家;個人部落格:The Sky of Gene;臉書粉絲頁:GENE思書齋

0

1
0

文字

分享

0
1
0
準備出國啦!Surfshark VPN 快趁黑五買起來,上網購物最安心
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2022/11/01 ・2113字 ・閱讀時間約 4 分鐘

立即填寫問卷,預約【課程開賣早鳥優惠】與送你【問卷專屬折扣碼】!

 

本文由 Surfshark VPN 贊助。

兩、三年以來的防疫生活,終於迎來全面 0+7 的這一天啦!返國之後不再需要隔離的一天來了,冰友們,你是不是已經收拾好心情、收拾好行李,在進行機+酒的比價了呢?除了規劃好出國行程、找好景點與美食店家,想要讓自己不可或缺的網路生活也更加安全,一定要趁即將到來了感恩節黑五期間,把超優惠的 Surfshark VPN 服務買起來,為自己的網路生活加買最平安的保險!

Surfshark 黑五限時 18 折折扣,額外加送兩個月
專屬連結:https://lihi2.cc/8XwRN

在疫情下,網購成為了更多人的日常。不僅各樣的在地購物節為網友帶來眾多優惠,全球化的購物活動,台灣當然也不會缺席!美國感恩節(Thanksgiving)都是 11 月第四個星期四,但是感恩節後的週五,便是聖誕節前的購物佳期啟動日,這一天通常都會業績超標(在收支表上呈現正向收入(顯示為黑色字體,而非赤字的紅色字體),各家的瘋狂優惠都會在黑五祭出!相信許多精打細算的朋友,對黑五購物節絕對不陌生(很可能還搶過很多優惠!!)

網購怎能漏掉「亞馬遜」!

雅虎奇摩之於台灣,就像是亞馬遜(Amazon.com)之於美國那麼的有名!絕對也是什麼都賣、什麼都不奇怪的最佳代表。

如果你平常就很喜愛一些美國品牌,趁著黑五的日子到亞馬遜清空購物車,覺對優惠不會讓你失望。這時候,透過 Surfshark 連線到亞馬遜美國站,絕對會顯示的價格絕對讓你眼睛為之一亮,這時候最新搭載 M2 晶片的 iPad Pro,獨家支援動態島顯示的 iPhone 14 Pro,絕對是最好入手的時機。除此之外,亞馬遜平台經典的 Kindle 閱讀器,也是超合適的禮物,送禮自用兩相宜啊!另外要特別留意,購買時可以確認商品有沒有幫忙送到台灣,如果還沒有,可以先跟美國的朋友確認一下,邀請他們回國時幫你一起帶回來!

跨國追劇最爽快

對於喜愛追劇的朋友,品味可能相當豐富且多元,畢竟欣賞優秀影視作品,不現語言,更是不限地區啊!只不過,若是你訂閱 Netflix 等跨國 OTT 服務,都會有各地不同的上架影視作品,可能會讓你無法在第一時間就能夠立即「追」到劇,讓你等得心癢癢!還好這一切只要連上 Surfshark VPN 都能解決,Surfshark 支援超過 100 國的 VPN 連線,無論你想看韓國、日本還是哪一國的最新戲劇,通通讓你一秒追到最新進度!

Surfshark 黑五限時 18 折折扣,額外加送兩個月

專屬連結:https://lihi2.cc/8XwRN

出差大陸翻牆超方便

在過往出國、返國都需要隔離的階段,肯定讓不少工作上需要經常往返多國之間的朋友,感到生活驟變。所幸,在防疫政策解封之後,一切都可逐漸恢復正常。對於經常有需要到中國大陸出差的朋友,肯定都會感受到網路斷聯的不方便,因為無論是 LINE、Facebook Messenger、YouTube、Gmail 等你可很能天天都在使用的網路服務,大陸都無法使用。這還不打緊,連跟家人、朋友報平安也很不便。這時候 Surfshark 連上,就可以幫助你輕鬆「翻牆」,跟台灣親人網路無距離!

 

上網不留痕跡,不被追蹤最自由

對於一個人來說,最私密的資料之一,除了你的個資,就屬我們每天耗費大量時間逗留的網路。我們所在網路上留下的痕跡,絕對是超真實的自己,當然你不會期待這樣的自己被「搜尋引擎」、「網路廣告」公司了解得太透徹,好像你在網路上的一言一行,都被監視著。

..0000000\0;也可隱藏IP位置,避免被廣告商追蹤;更可以為你我阻擋惡意程式、釣魚軟體等,讓你防止被攻擊,以及被網路充斥的廣告打擾,好處多又多!

如果對於 Surfshark 還覺得不夠熟悉的話,不得不告訴大家,今年 Surfshark 榮獲第六屆 CyberSecurity Breakthrough 頒發的「VPN 年度最佳解決方案」(VPN Solution of the Year),也就是成為今年最推薦的 VPN 方案。CyberSecurity Breakthrough 是全球領先的獨立市場情報組織,致力於表揚當今全球資訊安全市場上的頂尖企業、技術和產品。有了他們「掛保證」,代表 Surfshark 絕對是品質、信譽都讓你安心的VPN 服務。

講了這麼多,是不是讓你感到很心動了。如果你原本就是網路重度使用者,用來上網的設備是樣樣都有,Surfshark 一個帳號就能支援所有設備,CP 值超高!趁著年度超狂黑五購物節的到來,送給你自己兩年安心無虞的網路生活,肯定是送自己的最好禮物!

Surfshark 黑五限時 18 折折扣,額外加送兩個月
專屬連結:https://lihi2.cc/8XwRN

文章難易度
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
155 篇文章 ・ 268 位粉絲
充滿能量的泛科學品牌合作帳號!相關行銷合作請洽:contact@pansci.asia

0

3
3

文字

分享

0
3
3
傾盡一生研究螞蟻的「蟻人」——愛德華.威爾森
活躍星系核_96
・2021/12/29 ・4619字 ・閱讀時間約 9 分鐘

立即填寫問卷,預約【課程開賣早鳥優惠】與送你【問卷專屬折扣碼】!

 

命中注定的螞蟻

16 歲時,愛德華.威爾森(Edward Osborne Wilson)就想明白了,他要研究螞蟻。威爾森從小喜歡研究動物,小時候生活在海邊,對水母和魚十分著迷,早早立下了成為生物學家的志向

演化生物學家愛德華.威爾森。圖/ Wikipedia

但天意弄人。他有聽力問題,聽不到高頻聲音,因此青蛙之類叫得歡的動物,他研究不了。再有,7 歲時的一次釣魚,他不小心刺瞎了右眼,僅靠一隻眼睛無法立體成像,因此像鳥這種運動敏捷的動物,他也無法觀察。

好在,上帝關了門,也會打開窗。右眼失明後,威爾森的左眼視力反而超過常人,能讓他觀察到很細小的事物。雖然威爾森聽不得叫聲,看不到運動,但超強的細節觀察能力,讓他的研究對象鎖定在了昆蟲。但世間昆蟲也千千萬萬,該研究哪種呢?1945 年秋天,16 歲的威爾森開始嚴肅考慮起自己的未來,他想:

必須選出一些能使我成為世界權威的昆蟲。 」

首先排除蝴蝶,因為它們太有名了,已經有許多出色的學者在研究它們。蠅類看起來比較有希望,它們到處都是,而且種類繁多。雖然家蠅以及糞蠅敗壞了雙翅目昆蟲名聲,威爾森卻十分欣賞它們的利落身姿和悠閒態度。行動力極高的威爾森著手準備工具:瓶子、標本盒,以及一種特製的昆蟲針

天意再次弄人。這種昆蟲針,當時主要由捷克斯洛伐克製造。1945年,捷克斯洛伐克加入了蘇聯陣營,他再也買不到這種針了。

於是,威爾森將目光投向了螞蟻。在過去的 5000 萬年裡,螞蟻一直是地表上佔壓倒性多數的昆蟲,分佈在幾乎每一寸陸地上。此刻,有至少 1 千萬億隻螞蟻生活在人類周圍。

就這樣,威爾森在 16 歲時確定了自己一生的研究對象。

年輕的權威與螞蟻的複仇

自從下定了研究螞蟻的決心,威爾森真是什麼都敢做。25 歲,他與未婚妻分別,隻身前往新幾內亞的熱帶雨林轉了一圈。為收集當地才有的特種螞蟻,他忍受著酷暑、瘧疾、水蛭、甚至還有不知名的殺人逃犯。26 歲,威爾森從哈佛博士畢業,這期間主要研究了螞蟻的分類問題。

「分類」絕不是簡單的給生物貼標籤。在當時,有權進行生物分類的人,往往是某一物種的權威人物。他們需要透澈了解文獻裡有關該物種一切,唯有如此,才能鑑定出選定的物種到底是哪種。

一位分類學家,可謂是這種生物的「大總管」兼「發言人」。

作為已經勝任螞蟻分類的人,威爾森博士畢業沒多久,就得到了哈佛大學的終身教職。但威爾森的螞蟻研究,卻給哈佛帶來一場「小災難」。

20 世紀 60 年代的一天早上,生物系一位研究員的移液器(pipette)不能用了,仔細一看,原來是一隻螞蟻堵住了前端處的針管。這天午餐時分,許多教職工發現,在三明治和漢堡上,有一些黃色的小螞蟻。

「災難」初露端倪

當天下午,整個生物系室內的玻璃器皿、文件袋、筆記本中,都出現了黃色螞蟻的身影。蟻群,正在經由大樓中的牆縫與管道,向四面八方散播。

這種黃色螞蟻,叫「法老王蟻」,是一種源自東印度群島的害蟲,能損害建築,還會傳播細菌。

小黃家蟻
法老王蟻(又稱法老小家蟻)。圖/中文百科全書

正如你想的那樣,法老王蟻就是從威爾森的實驗室跑出去的。這種螞蟻的生存和繁殖能力太強了,哈佛花了數年時間,才逐漸控制住了它們的規模。這一場「災難」,被威爾森戲稱為「螞蟻的複仇」。

怎樣湊齊十萬隻螞蟻?

隨著科技的進步,人們的觀察範圍逐漸超脫出五感的局限,嶄新的世界在科學家面前展開。生物學家們發現,大部分的動植物可以通過釋放化學信號,來進行溝通。這些化學信號統稱為費洛蒙(Pheromone)。自然而然,威爾森想知道,螞蟻怎樣使用費洛蒙交流

Peony, Bud, Ants, Rain, Drops, Raindrop, Nature, Macro
螞蟻如何使用費洛蒙交流呢?圖/Pixabay

首先,通過解剖,他發現螞蟻體內達氏腺可能含有費洛蒙。但是如何分析這些費洛蒙的成分,卻是個大難題——每隻螞蟻體內的關鍵物質只有十億分之一克。當時,最先進的分析手段,可以鑑定百萬分之一克的微量物質。換句話說,需要十萬隻螞蟻才能湊足實驗所需的最低劑量。

但要上哪裡找這麼多的螞蟻?此時,威爾森的豐富經驗起到了作用。有一種火蟻,當河水暴漲淹到蟻窩時,工蟻就會結成一團緊密的球,浮在水面上,保護蟻后及幼蟻安全轉移。

於是,威爾森開車來到盛產火蟻的南方鄉間。這裡簡直就是螞蟻們的「北上廣」,整片草地上到處都是半人高的蟻窩。

威爾森的團隊成員把蟻窩鏟起,放進水溝中,螞蟻就會都浮出了水面,抱成一團。大家趕緊用鏟子,把這些螞蟻球收集起來。當然,火蟻也不是吃素的,被它刺到,皮膚會像被火灼燒的痛。只要有機會,蟻窩裡的每一隻螞蟻都想連續刺你十幾下。

在被火蟻叮咬的體無完膚之後,威爾森終於收集夠了材料,順利成功完成了螞蟻費洛蒙的研究。

生物學的岔路口——進化生物學該走向何方?

通過螞蟻的收集、分類和費洛蒙的研究,威爾森早已實現了他在 16 歲發下的心願——成為生物學領域世界級的學者。然而,當他自覺走上人生巔峰的時刻,他所處的進化生物學領域,遭到了一次巨大的衝擊。

衝擊來自一門嶄新的學科——分子生物學,顧名思義,是指在分子層面對生物進行研究。這一學科的奠基人與領軍者是詹姆斯.沃森,諾貝爾獎得主,DNA 雙螺旋結構的發現者之一。

詹姆斯.沃森。圖/Wikipedia

年少成名的沃森,心高氣傲,認為生物學必須轉換成由分子及細胞所主導的科學,而且生物學還必須改用物理及化學語言來重寫。沃森甚至認為,從前所建立的生物學中充斥著一批批「才智平庸之人」。

分子生物學在短時間內取得了一系列重大的成果,而大獲成功。幾乎在一夜之間,生物學界人人口中必說分子、蛋白質、DNA。面對新興學科的強勢,以威爾森為首的進化生物學家們,可不打算臣服在這一群「連紅眼蜻蛉和螻蛄」都分不出來的「試管操作員」的手下。

威爾森等人的反擊點在於:如果放棄個體、種群以及生態,去談論生物學,無疑是一種「愚蠢」的方法。兩派最僵的時候,在走廊裡碰頭沃森對威爾森都不會打招呼。

此時的分子生物學家信心十足,深信未來屬於他們。他們的目的是:從分子到細胞再到生物個體,在微觀的層面解決關於生命的科學問題,自下往上進行一場生物學的革命。那麼,威爾森的進化生物學,能帶來什麼突破呢?

經過漫長的探索,威爾森決定把生物學帶到社會層面

別人落水了,你救不救?

幾十年來,在觀察了數十種螞蟻的生活後,威爾森形成了自己最重要的學說——社會生物學。

社會生物學,是威爾森從進化的角度,來解釋生物社會行為的學說。該學說的著名成就之一,是解釋了「利他行為」。或者換一種說法:「別人落水了,你救不救?

達爾文的進化論,核心是自然選擇,其對像是生物「個體」。理論上自然界的所有生物都應該是自利的,也就是「別人落水,你不能救,這樣你才能活下去」

但顯然,這個說法是有違常識的。為了解釋這種利他行為,學者威廉.漢密爾頓,提出了「親緣選擇」(Kin Selection)理論:利他行為的目的,是確保有近似基因的個體能存活下去。也就是說,自然選擇的對象是「基因」

當別人落水,救不救要看血緣關係:自己孩子落水,拼了命也要救;叔叔或侄子落水,可能水不太深才會去救;陌生人落水,自己在岸邊喊救命。

親緣越近,真的利他性越強嗎?威爾森不同意漢密爾頓的觀點。威爾森認為:「親緣選擇」意味著我們要時刻「算計」著,看別人落入危險,先要查查他和自己的家譜,看看是不是血親?

為什麼我們願意為完全陌生的人幫忙,甚至付出生命——想想那些在前線戰鬥的士兵,或者在火場冒險的消防員,他們完全是在保護陌生人。為了解釋這一現象,威爾森通過研究螞蟻的社會行為,構建了數學模型,並為「利他行為」提出了另一種解釋——「群體選擇」(Group Selection)。

自然選擇的對象不是達爾文的「個體」,也不是漢密爾頓的「基因」,而是生物「群體」。利他行為的發生,是為了確保自己所處的「群體」活下去

一對裂唇魚(Bluestreak cleaner wrasse)正在替一尾疊波蓋刺魚(Blue angelfish)清理魚鰓中的寄生蟲,蓋刺魚藉此也可擺脫寄生蟲的困擾,維持魚體的健康(攝於台灣綠島石朗海洋保育區)。圖/Wikipedia

威爾森也用實驗證據,支持這一模型:把一些分屬不同譜系的螞蟻,從小放在一個蟻巢裡養大。這些毫無親緣關係的螞蟻之間演化出互幫互助和奉獻精神。

也就是說,開啟螞蟻利他行為的,不是基因,而是群體的共同成長

群體選擇理論雖然不是威爾森首創,但他成功通過數學與實驗的方法,論證了其合理性。當,「親緣選擇」與「群體選擇」在學界仍沒有定論。但威爾森的理論,無疑給回答這一問題找到了新的科學視角。

威爾森進一步把相關理論擴展到了人類,從社會生物學的角度,他解釋了人類的社會分工、親緣關係,階層,兩性分工、親子關係、部落主義、民族國家等等。

簡單來說,威爾森重新解讀了「人性」。

當然,研究一旦觸及「人性」,往往會引起巨大的反彈:有人認為威爾森的學說為種族主義提供了土壤,也有人反對僅僅從螞蟻、蜜蜂這樣的「低等動物」來推論人的行為。曾有 137 位科學家聯名反對威爾森的學說;在一次公開演講時,反對者甚至還潑了威爾森一身冷水。

面對反對的聲音,威爾森早做好了準備。作為一名科學家,他覺得自己有責任去「思考一些宏大的問題」,「(為人類建立)全面、正確的自我認知」。回看威爾森的研究生涯,他認真研究了螞蟻的一切,在此基礎上,他還想窺探一些生命的奧秘。

無論正確與否,威爾森已經為我們重新認識人類自身,提供了一種可能。

暮年

幾年前,威爾森在自家花園接受采訪。記者還沒來得及說話,耄耋之年的威爾森,俯下身,撿了一隻螞蟻,並喃喃自語:「我得先找個小瓶子把它裝起來,研究一下。」就像 16 歲時那樣。

活躍星系核_96
752 篇文章 ・ 96 位粉絲
活躍星系核(active galactic nucleus, AGN)是一類中央核區活動性很強的河外星系。這些星系比普通星系活躍,在從無線電波到伽瑪射線的全波段裡都發出很強的電磁輻射。 本帳號發表來自各方的投稿。附有資料出處的科學好文,都歡迎你來投稿喔。 Email: contact@pansci.asia

3

31
5

文字

分享

3
31
5
忘了收培養皿就去度假,回來後發現世上第一個抗生素!
賴昭正_96
・2020/12/23 ・4734字 ・閱讀時間約 9 分鐘 ・SR值 562 ・九年級

立即填寫問卷,預約【課程開賣早鳥優惠】與送你【問卷專屬折扣碼】!

 

「發現」是看到別人所看到的,但思考著別人所沒想到的。(Discovery is seeing what everybody else has seen, and thinking what nobody else has thought.)

 

Albert von Szent-Györgyi Nagyrápolt——1937 年諾貝爾醫學獎

科學史上那些來自「意外」的大發現

許多謮者可能覺得科學的進展是有條有理的:每年向國科會提出研究計劃,然後按部就班地完成。但事實上科學上的許多大發現可以說大都是「意外」的:例如德國理論物理學家普朗克 (Max Planck) 謂他是靠「幸運的直覺 (lucky intuition) 」而意外地敲響了量子力學革命之鐘聲!一位名不見經傳,任教於東巴基斯坦的講師玻色 (Styendra Bose) 也以一篇 1500 字的論文糊里糊塗地意外開啟了量子統計力學之大門(見「量子統計的先鋒——波思」)!

許多科學上的大發現都是「不小心」的。圖/giphy

除了上面那類「意外」外,科學上還有一種靠天幫忙的「機緣巧合幸運的意外發現」(英文稱為 serendipity )。

例如諾貝爾 (Alfred Nobel) 炸藥之發現,有一傳說是因為儲存的硝化甘油意外泄漏,與用來包裝儲存鐵桶之板狀矽藻土混合,使他想到了試用此板狀矽藻土。經實驗後,他發現兩者相混之固體不但安全可靠(硝化甘油為液體,非常不穩定,一不小心就爆炸),而且還可保持原有之爆炸威力──這不正是他研究甚久而未能找到的「穩定炸藥」嗎(見「量子統計的誕生」)?!

醫學上這類的幸運發現更是層出不窮。例如 1889 年,為了瞭解胰臟的功能,法國兩位外科手術醫生梅倫 (Joseph von Mering) 及明考斯基 (Oskar Minkowski) 將狗的胰臟割除,發現這隻可憐狗整天口渴及隨地小便。

數日後,一位助手覺得實驗室內的蒼蠅好像突然多了起來⎯⎯尤其是在狗小便過的地板處。分析狗尿及其血液後,梅倫及明考斯基很驚奇地發現裡面充滿了糖份!顯然地,胰臟具調解體內糖份的功能,它一旦受損,將導致糖尿病!就這樣,梅倫及明考斯基無意中發現了「困擾」人類三千多年之糖尿病的病源(見「胰島素與生技產業誕生的故事」)。

兩位外科醫生在小狗身上發現人類糖尿病的成因。圖/Pexels

在「認識病毒全攻略!病毒的發現、與細菌的不同、科赫假說和致病機制」一文裡,筆者提到了抗生素的發現是醫學史上最重要的突破之一。但多少謮者知道英國細菌學家弗萊明 (Alexander Fleming) 是靠機緣巧合及運氣而發現第一個抗生素——盤尼西林( penicillin,或稱「青黴素」)——嗎?

發現青黴素還把專利交給政府的辣個男人

弗萊明 (1881-1955年) 出生於蘇格蘭的洛克菲爾德 (Lochfield) 小城,七歲時父親去世。 弗萊明在當地學校接受了良好的基礎教育,13 歲時跟隨同父異母兄弟前往倫敦,十幾歲的時候就在攝政街理工學院 (Regent Street Polytechnic) 上課。在貨運公司工作了四年後,進入倫敦聖瑪麗醫院醫學院 (St. Mary′s Hospital Medical School)。

弗萊明為發現盤尼西林的研究者。圖/G.cz

原想成為一名外科醫師;但 1906 年在疫苗治療的先驅賴特 (Almroth Wright) 爵士帶領下的研究使他確信他的未來在於細菌學的新領域。他於 1908 年獲得學位後,便留校當講師,直到 1914 年因第一次世界大戰而從軍擔任陸軍醫療隊的上尉。1918 年回到了聖瑪麗醫學院,1928 年昇等為該學院教授,1943 年當選為皇家學會會士 (fellow) ,1948 年當選為倫敦大學細菌學名譽教授,於 1944 年獲封為爵士。 

1999 年,弗萊明被《時代》雜誌評選為 20 世紀的 100 位最重要人物;2002 年,他在英國廣播公司 (BBC) 的電視民意調查中被選入為 100 個最偉大的英國人。弗萊明爵士不是因為發現了可拯救數百萬生命的抗生素而非常受人尊敬,而是他並沒有因專利成為一個很有錢的人。

弗萊明紀念郵票。圖/Wikimedia common

相反地,他了解青黴素具有克服梅毒、壞疽、和結核病等疾病的潛力,必須將其釋放給世界,以服務更大的群眾。因此在第二次世界大戰前夕,弗萊明將專利移交給了美國和英國政府,使他們能及時大量生產青黴素,救治了那場戰爭中的許多傷員。

在「胰島素與生技產業誕生的故事」一文裡,筆者也提到了發現胰島素之加拿大多倫多大學講師班廷 (Frederick Banting) 也應可賺大錢,但卻在取得胰島素萃取的專利後,將其使用權完全免費地轉給加拿大多倫多大學!這種清高的學術研究,在今日生物研究已成為一場金錢遊戲的社會裡(見「你的基因是別人的專利?生技產業的金錢遊戲由此開啟」)已經幾乎看不到,實在讓筆者非常懷念象牙塔的學府!

粗心致培養皿發霉,竟意外發現盤尼西林

弗萊明是一位粗心的實驗室技術員,1928 年夏在研究葡萄球菌1的某一天,他忘了將含有葡萄球菌培養物的培養皿放在培養箱中,留在實驗室工作台上就匆匆忙忙地離開實驗室去度假。命運就是這樣作弄人:那時室內的溫度及濕度均適合霉菌(mold,或譯「黴菌」)的生長;因此兩個禮拜回來後,弗萊明發現在敞開窗戶旁的培養皿因未加蓋而發霉。

弗萊明忘了把培養皿收在培養箱裡,留在工作台上就去度假了,回來後發現了一些「驚喜」。圖/Pexels

一般的研究者大多會將這些被霉菌孢子污染的培養皿丟掉;但弗萊明這次卻心血來潮⋯⋯。他回憶說:

基於以前「溶菌酶」的經驗,也像許多細菌學家那樣,我應會把污染的培養皿丟掉,⋯⋯某些細菌學家也有可能(早就)注意到我(那時)看到的相似變化,⋯⋯但是在對天然產生的抗菌物質沒有任何興趣的情況下,都會順手地將培養物丟棄。⋯⋯但(這次)我沒有找個藉口丟掉受污染的培養液,相反地,我做了進一步的探討。

弗萊明細心觀察到:霉菌掉落處周圍的瓊脂凝膠 (agar gel) 被溶解和清除;他隔離霉菌並鑑定其為由「真核細胞」組成的青黴屬成員。進一步研究後他發現抑製或預防細菌生長的不是黴菌本身,而是霉菌產生的某些「黴汁 (mold juice) 」,因為產生它的霉菌為 Penicillium notatum,故將之稱為 Penicillin(盤尼西林);中文因為是由藍綠色黴菌分離出來的黴素,故又稱為「青黴素」。

在隨後的十年中,因在分離和穩定青黴素方面遇到的困難,弗萊明只能專注於青黴素作為傷口和表面感染的局部殺菌劑。

在哈密瓜上發現大量生產青黴素的方法

因之當時弗萊明本人並沒有真正意識到他的發現有多麼重要;而醫學界也很少注意到他發表在《英國實驗病理學雜誌》 (British Journal of Experimental Pathology, 1929 年 6 月) 上的論文。

1938 年由牛津大學的弗洛里 (Howard  Florey) 和錢恩 (Ernst Chain) 領導的化學家團隊終於分離和純化了青黴素2,生產足夠做臨床試驗的青黴素,於 1940 年證明青黴素可以用作抵抗多種細菌性疾病的治療劑[抗生素 (antibiotic)3]。1945 年,弗萊明、弗洛里、與錢恩因「青黴素的發現及其在各種傳染病中的療效」獲得諾貝爾醫學獎。

起初弗萊明本人和醫學界並沒有意識到這個發現的重要,直到證明青黴素可以抵抗細菌性疾病。圖/flickr

弗萊明後來回憶說:

有時候,人們會發現不是自己在找的東西。我 1928 年 9 月 28 日拂曉後醒來時,當然沒打算通過發現世界上第一個抗生素或細菌殺手來徹底改變所有藥物。 但是我想那正是我(當時)所做的。

早期青黴素無法大量生產,弗萊明實驗室一個月所生產的青黴素,僅能供一個病人治療用,因此如何大量生產青黴素便成為重要關鍵。大量生產之方法的發現事實上也是屬於「機緣巧合意外的發現」。

為了趕上可能救治二次世界大戰傷兵的需求,弗洛里還飛到美國諮詢如何提取及製造青黴素。1943 年的一天,在伊利諾州皮奧里亞 (Peoria) 的農業部北部區域研究實驗室 (NRRL) 工作的亨特 (Mary Hunt) ,無意中在一雜貨店裡發現了一顆表皮長滿漂亮及金色青黴的哈密瓜。

亨特在雜貨店發現一顆表皮長滿青黴的哈密瓜,並將它帶回實驗室分析。圖/Pexels

將它帶回實驗室,篩選出能大量分泌青黴素的菌株後,她發現該菌株產生的青黴素數量是 notatum 的 200 倍——她因之贏得「發霉瑪麗 (Moldy Mary) 」的綽號。在許多研究團隊紛紛加入菌種及製造方法的改良後,青黴素產量由 1943 年只能醫治不到 1000 人,一下子跳到 1944 年時,已有足夠的青黴素來治療每位需要的士兵,為第二次世界大戰提供了功不可沒的貢獻!也啓動了尋找其他抗生素的研究,開創了醫學的新紀元。

結論

青黴素被稱為是一種「神奇藥物 (wonder drug) 」,而事實也確名副其實: 在發現青黴素之前,今天看起來非常小的傷害和疾病(不管是由被感染的小傷口或是由鏈球菌性咽喉炎等疾病引起的),那時候都可能導致死亡;而梅毒和淋病等性病則更不用說。

因此在二次世界大戰後,青黴素以及其他抗生素的使用成幾何級數地增加,導致細菌耐藥性也以驚人的速度增強。 2019 年,世衛組織因此將細菌耐藥性增強列為對全球健康的十大威脅之一。事實上早在 1945 年,在諾貝爾獎領獎典禮的演講中,弗萊明就已經警告說: 「過度使用青黴素可能會導致細菌耐藥!」

弗萊明意識到自己的發現是偶然與機遇,他因此謙虛地說:「青黴素的故事蘊含著十足的浪漫色彩,有助於說明機遇及命運在一個人職業生涯中所佔有的影響。」

但儘管如此,因為「命運較照顧已有準備的人」4,請不要痴痴地等著機遇及命運來敲門!勸君惜取少年時,多一份準備,免得黃金掉到家門前都不知道!

註解

  1. 葡萄球菌感染是由葡萄球菌引起的「疾病」;在少數情況下,這些細菌只會導致皮膚感染。但是如果細菌深入到體內,進入血液、關節、骨頭、肺、或心臟,則葡萄球菌感染可能致命。
  2. 牛津大學的 Dorothy Crowfoot Hodgkin 於 1945 年用 X 光晶體繞射確定了青黴素的化學構造(獲 1964 年諾貝爾化學獎);因為合成困難,麻省理工學院的John C. Sheehan 遲至 1957 年才完成了青黴素的首次化學合成。
  3. 早在 19 世紀,人類就已經觀察到某些細菌和黴菌之間的拮抗作用,並且將這種現象稱為「抗生作用 (antibiosis) 」。
  4. 「Fortune favors the prepared mind」出自因接種疫苗、微生物發酵、和巴氏滅菌法原理的發現而聞名的法國生物學家、微生物學家、和化學家巴斯德 (Louis Pasteur) 。

延伸閱讀

  1. 「量子統計的先鋒——波思」、「量子統計的誕生」、及「胰島素與生技產業誕生的故事」的內容,均收錄在《我愛科學》(華騰文化有限公司,2017年12月出版)一書中。
  2. 有關量子力學發展的故事請參考《量子的故事》(第2版,新竹市凡異出版公司, 2005年),及《我愛科學》內的相關物理內容。

參考文獻

  1. Roberts, R. M. (1989). Serendipity: Accidental discoveries in science. Published by Wiley
  2. 賴昭正(1982)。〈量子統計的先鋒——波思〉,收入於《科學月刊》1982 年第 13 卷第 4 期,總卷號 148 期,39頁。
  3. 賴昭正(2015)。〈量子統計的誕生〉,收入於《科學月刊》2015 年第 46 卷第 1 期,總卷號 541 期,73頁。
  4. 發現能治療糖尿病的胰島素——胰島素與生技產業的誕生(上) – PanSci 泛科學
  5. 你的基因是別人的專利?生技產業的金錢遊戲由此開啟 – PanSci 泛科學
  6. 認識病毒全攻略!病毒的發現、與細菌的不同、科赫假說和致病機制 – PanSci 泛科學

所有討論 3
賴昭正_96
34 篇文章 ・ 34 位粉絲
成功大學化學工程系學士,芝加哥大學化學物理博士。在芝大時與一群留學生合創「科學月刊」。一直想回國貢獻所學,因此畢業後不久即回清大化學系任教。自認平易近人,但教學嚴謹,因此穫有「賴大刀」之惡名!於1982年時當選爲 清大化學系新一代的年青首任系主任兼所長;但壯志難酬,兩年後即辭職到美留浪。晚期曾回台蓋工廠及創業,均應「水土不服」而鎩羽而歸。正式退休後,除了開始又爲科學月刊寫文章外,全職帶小孫女(半歲起);現已成七歲之小孫女的BFF(2015)。首先接觸到泛科學是因爲科學月刊將我的一篇文章「愛因斯坦的最大的錯誤一宇宙論常數」推薦到泛科學重登。