2008年9月15日

普通生物學介紹

生物學是一門非常有趣的學問。它跟其他的基礎科學學科(數學、物理、化學、地球科學等等)不一樣。生物學研究的對象是活的!活的東西會成長,會動,會和環境有互動,甚至還會思考!

常常有人在問:生命是什麼?這個問題有很多的答案,因為「生命」這一個名詞很難被定義清楚;我們以為自己知道生命是什麼,通常這種了解都是一種主觀上的感覺;「生命是什麼」這個問題,到今天並沒有一個標準答案,不同的哲學家有它們的答案,不同的宗教也給予生命不同的答案,或者,每個人心中都有自己的答案。


因為定義生命是如此困難,生命沒有辦法被客觀的量化或質化;因此,「生命是什麼」不是一個科學研究的題目;更進一步來說,一個沒有辦法被清楚描述的現象,無法用科學方法來加以研究。

生物學家關心的是生物現象,而非試圖去回答生命是什麼這樣的問題。怎麼說呢?因為「生物」不同於「生命」;生物的現象經由仔細觀察之後,可以被清楚描述;經由仔細觀察之後,生物現象的特徵可以被歸類,定義;根據這些觀察得到的結果,生物學家可以據此提出假設;更進一步的,針對假設,生物學家可以進行質化或量化的研究。是的,這就大家在中小學時期就學過的科學方法 -> 觀察 -> 假設 -> 實驗 ->推翻假設,建立新的假設;或接受假設 -> 再實驗 -> 實驗結果可以預測更進一步的觀察嗎?若可以,則能據此建立模型。

如同在一開始就講到的,生物是會成長的。「會成長」,這個現象就是經由觀察所歸納出來的結果。比方我們看到一個婦女懷孕,分娩,小寶寶出生,學爬,學說話,學走路,會跑跳......青少年......。而這個會成長的現象,當然使許多的生物學家感興趣。生物學家會根據這個現象問說,「生物為什麼會成長?」。說到這裡,有一件很重要的事情必須提醒各位,那就是生物學的研究必須根據觀察到的「事實」,它不能只是憑空想像,或是憑空推測,生物學的研究不能只是邏輯上的推論而已!

那麼,生物學要如何研究呢?生物學的研究可以劃分成幾個不同的層次。它可以從最基礎的分子層面著手;因為,生物的現象都必須符合於物理法則的規範;所以研究生物體內的分子,可以讓我們了解生物最基本的運作機制。生物學的研究也可以從細胞的層級來著手進行;細胞,它是生物的基本功能單位(病毒除外);因此研究細胞的行為,可以幫助我們了解生物各種功能的基礎機制。把層級往上提升,生物學的研究可以從組織,器官,來進行研究。最後,生物學家們也著眼於個體的行為,族群的行為,整個生態系統的研究;某些生物學家,甚至研究起「外星生物」可能的形態。

生物學要如何學習呢?高中或高中以前,許多學生都認為生物科是“背科“,跟歷史地理一樣,要努力的把許多名詞背下來就行了。傳統生物學對生物的研究偏重於描述 - 把生物進行觀察,描述和分類。學習一門以描述為主的學科,「背」!是不二法門。但是,現代生物學可不是只有描述而已;現代生物學和其他的基礎科學學科一樣,除了描述以外,生物學裡面包含了許多的概念,假設,質化以及量化的技巧,模型的建立,和對現象的預測。光是靠背,恐怕難以應付現代生物學的學習。

生物學的學習應著重在概念的釐清。比方說,現代生物學兩個重要的架構之一是演化學(Evolution);那麼,演化學的基本概念是什麼?演化學的基本概念是天擇(Natural Selection),從天擇這個概念出發,我們要問,這個概念是如何得到的?原來,達耳文當年在加拉巴哥群島觀察了雀鳥的生態,發現,島上的雀鳥長得有相同,也有不同。特別是雀鳥的喙,經過達耳文的觀察之後,發現雀鳥喙的大小和形狀,與該種鳥的食性有關。他應此提出了天擇的假說:大自然給予物種生存壓力,比方說食物;在這個壓力下,撐的下去的會越來越多,撐不下去的會越來越少,甚至絕種。比方說A鳥的生活環境容易找到大顆種子當作食物,於是在A鳥的族群中,大嘴鳥比小嘴鳥更容易取得競爭上的優勢。那麼,長久下來,大嘴鳥數目將會遠多於小嘴鳥,如果小嘴鳥在這個族群中滅絕了,A鳥就都成了大嘴鳥了。達耳文當年的觀察,在一個世紀後,由科學家們做了更進一步的研究和證實(有興趣的人可以參考雀喙之謎(大樹文化出版,可在博客來購買))。

第二個問題是,這個概念背後的機制是什麼?也就是,造成天擇的原因是什麼?半個世紀來分子生物學的發展,提供了大量的證據支持天擇學說;也因此形成了一門新的學科,分子演化學。分子演化學探討,基因如何突變,如何累積突變,新的基因如何產生,甚至(由於每個物種的染色體數目都不盡相同),分子演化學有興趣的一個問題是,染色體的數目如何改變的?

學習生物學,最重要的就是掌握每個概念,清楚的知道每個概念的來龍去脈,才不會讓生物學變成“背科“,生物學才會成為一門真正有用的學問。