Transcript 生物學的研究最基本的問題

生物學研究
最基本的問題
楊倍昌
微生物暨免疫學研究所
1
科學的邏輯--以生物學為例

邏輯只是一張網住漂流知識的魚網。

本課程避開新穎的科技內容，避開艱深的哲學名詞，只討論
科學知識的思維結構。雖然課程與生物學有關，但是上課的
內容並不教授生物科學實質的知識。只是利用生物科學的研
究資料為素材來磨練學生的邏輯，期望他們之後具備分辨是
非的能力。

課程資料：http://myweb.ncku.edu.tw/~y1357/course/logic.html

評估方式:以五人為一組,組員以不同科系為原則。個人成績
50%, 組成績50%。思辯的能力也許無法精確量化, 但是它可以
部份表現在討論的參與程度 (上課參與, 上課日記, 專題報告)。
2
課程目標
3

了解生物科學研究基本的思考方式。

養成獨立分析, 溝通的能力。

知識要能回應在地社會的問題才有意義。

團隊合作。
三個思考點:
1.只是帶菌者不會散播細菌的胡扯是怎麼來的?
2.把攝影機湊到人的面前是怎麼一回事?
3.除了轟草率之外還說了什麼?
4
知識除了直言之外，還能有什麼選擇?
5
6
大學除了自由，這是讓你成長、成為真正的大人的地方!
不合理的行為（Unreasonable Behavior）
我們全都受天真的信念之害，以為只需憑著正直，便能理直氣壯地站在任何
地方。 但倘若你是站在垂死者面前，你需要更多理由。假若你幫不上忙，你
便不該在那裡。
唐‧麥庫林
http://www.youtube.com/watch?v=D9H0BRptMQw
7
除了感慨之外，李白還能做什麼?
你在課堂裡該學什麼?
1.
2.
3.
4.
8
誰是對照組？
生物的物質基礎在那裡？
知識的社會性
預防知識霸權
觀點會決定人的作為:以現代生物科學知識為基礎的論述
生物 : life form




9
生物 (生命) 是什麼？
生物 從哪裡來？
生物 的組成是什麼？
生物 如何運作？
生命的定義:
的說法
目前在中學教育中, 我們用鋪陳方式來教學生
教科書2.生物學, 周民治譯, 高立圖書公司, 1999.
停留在高中程度的答覆
10

生物是高度複雜且有組織化的個體

生物體由細胞組成

生物需要利用能量

生物與其同種個體繁衍下一代

生物依照內部遺傳指令，進行所有生命活動

生物會發育及生長

生物對刺激有感應

生物會進行多樣化的化學反--新陳代謝

生物體內環境會維持在一個恆定的狀態
或者： 另外一種的說法
牛頓科學研習百科, 生命, 牛頓出版公司, 1993
停留在高中程度的答覆
11

生長 (長高, 長壯)

運動 (體能活動)

形態 (固定的形狀)

遺傳 (下一代出生)

感應 (對刺激反應)

代謝 (食物在體內轉換能量)
Atomphysikalisches Modell der Mutation
(A model of genetic mutation based on atomic physics)
中國傳統很不熟悉的提問方式：

12
The concept of the gene
began as an abstract one,
independent of physics and
chemistry, until it was linked
to chromosomes and later to
parts of chromosomes,
which were estimated to be
of molecular size.
Max Delbrueck (19061981) one of the founding
fathers of modern
genetics
What is life?
Erwin Schoedinger
(1887-1961)
• 1948: 45 reviews
• 1979: 120 references; 65 reviews
• We are faced with a mechanism entirely different
from the probabilistic ones of physics.
• 中文本：生命是什麼? 貓頭鷹出版社，(2000)
• 網路本：http://www.oursci.org/lib/whatislife/index.htm

The behavior of single molecules is
unpredictable; only the behavior of large
number s is predictable .
Ludwig Boltzmann, 1844-1906
13
生命科學的特性是什麼？
『在一個生命有機體的空間範圍內，
在空間上和時間上發生的事件，如
何用物理學和化學來解釋？』
-- What is life
薛丁格 (Erwin Schrödinger, 1887 –1961)
14
你能否跨越Erwin Schoedinger 的提問方式及廣度？
15

第一章 ：古典物理學家對這個主題的探討

第二章 ：遺傳機制

第三章 ：突變

第四章 ：量子力學的證據

第五章 ：對 M. Delbrueck 模型的討論和檢驗

第六章 ：有序，無序和熵

第七章 ：生命是以物理學定律為基礎的嗎？
還有有那些理解生命的方式？
(人為什麼要用這種方式來表達？)
九頭蛇相繇(音堯)
戰神蚩尤
《山海經》是東周時代的產物，裡頭的怪物早被當時之人所知。當時是巫者和方士
的時代，到了漢代崇尚仙人，追求長生不老，怪物的類型也逐漸發生變化。漢代仙
人被稱為「羽人」，漢墓雕刻上常見兩臂或雙肩有羽翼的人，三角臉、長勾鼻，容
貌不似中原人氏。漢墓上常充滿了怪物雕刻，但基本上還是《山海經》裡的生物，
只不過更著重於長有羽翼的怪物。
山海經: http://staff.whsh.tc.edu.tw/~huanyin/sanhai.php
16
還有有那些理解生物科學的方式？
生物科學跟其他學門的不同
幾個物裡與生物學實驗的比較
由科學之美講起
17
美學系統希望經由理性、科學的方法，把美當
成可以分析、可以解剖的學問，希望美不要停
留在感覺狀態 ．．．可是美本身是一種感覺，
一旦開始嚴格理性的分析這個感覺的時候，是
不是已經破壞到美的本身了？
蔣勳：美的覺醒，2006 ，遠流出版，頁20
18
那些用詞可能用來說明美的感覺？
•精緻 ()
•總體 ()
•廣闊 ()
•樸實 ()
•壯闊 ()
•和諧 ()
19
•新奇 ()
•簡潔 ()
•幽雅 ()
•寧靜 ()
•瑰麗 ()
•巧妙 ()
音樂的
http://www.youtube.com/watch?v=06hZx0xSeuk
http://www.poco-a-poco.org/pub/Catalog.asp
20
立場不同觀點也會不同
三個物理學實驗
與
三個生物學實驗
21
三個物理學實驗



牛頓：三菱鏡 (解析之美)
傅科：傅科擺 (展示之美)
拉托塞尼斯：測量地球周長 (推論之美)
克理斯 (Robert P. Crease) ：史上最美的十項科學實驗 (The
prism and the Pendulum )。蔡承志譯，2009，貓頭鷹出版社。
22
物理學家的論述方式： 兩個層次

「深度」、「效能」及「明確性」(指
明的是科學實驗細節的安排對於科學
典範的衝擊。)

「總體」、「廣闊」、「樸實」、
「壯闊」(則大多是觀賞者內心對於科
學實驗的成果情感的回應。)
史學家克理斯 (Robert P. Crease) ，
史上最美的十項科學實驗。
23
光是什麼？
[IMG]http://www.backpackers.com.tw/forum/gallery/images/19107/medium/1_%E6%97%A5%E5%87%BA24.jpg[/IMG]
24
光是複合體，五彩繽紛並非是光的染色
AEEA 天文教育資訊網
http://zh.wikipedia.org/zh-hk/File:Prism_rainbow_schema.png
牛頓的一段道德說明：「不必做那麼多種，只要做關鍵實驗就
好了。因為實驗的次數不重要重點是要考慮它們的價值；而既
然做一種就有用哪還需要其他的呢？」
克理斯：史上最美的十項科學實驗。蔡承志譯，2009，貓頭鷹出版社，頁94。
25
天動還是地在動？
三百多年以前伽利略接受羅馬教廷的審判，當他
被迫承認地心說的時候，有人記載說，伽利略喃
喃自語道：“可是地球仍然在動啊！”(如何被聽見?)
26
1851，傅科擺（Jean Foucault）
PANTHEON
http://destguides.ctrip.com/journals-review-d308-r1129908-detail.html
27
天動還是地在動？



在北極：24小時
在赤道：很久，(0度/小時。)
在巴黎：31.8小時
傅科擺：靜止點指向遙遠
的天際
28
直觀、無法驗證的理性。
• 傅科擺所具有的美，或可稱為崇高
宏偉之美，那種美帶給我們清明洞
見，並使我們融入自然---讓我們在
世上更為自在---崇高宏偉之美則令
人倉皇失措，因為它挾著另人驚怖
的力量而來 。
克理斯：史上最美的十項科學實驗。蔡承志譯，2009，貓頭鷹出版社，頁173。
29
地球有多大？
30
31

Eratosthenes of Cyrene，275-195 BC

他用數學方法準確測出地球周長和直徑，通
過觀察太陽在天空路徑位置高度的變化測量
出黃道傾角。
另一種想法
趙爽，又名嬰，字君卿，
中國數學家。東漢末至
三國時代吳國人。生平
不詳，約生活於西元3世
紀初。在天圓地方的空
間結構下，利用北迴歸
線上的城市的日影，結
合數學勾股弦的算法，
推算的是天的高度，而
不是地球的周長。(日高
圖注)
32
這些物理學實驗的美的特徵是什麼？
三菱鏡
傅科擺
地球周長
「深度」
「效能」
「明確性」
+
+
+
+
+
-
「總體」
「廣闊」
「樸實」
「壯闊」
+
+
-
+
+
+
+
+
+
Note by BC
33
三個生物學實驗
34

鵝頸瓶 (展示之美)

豌豆遺傳實驗 (秩序之美)

雙螺旋 (？)
生命由那裡來？
•
•
腐草生螢、腐肉生蛆
如果只是傳統的理性，如何區分陳述的真假？
Esperienze intorno alla generazione degl' Insetti
(p. 187) where Francesco Redi published a
description of the experiment in 1668.
35
Francesco Redi (1626 –1697)
http://ihm.nlm.nih.gov/images/B21503
腐肉生蛆
Fedi描述他的實驗：我在四個廣口瓶內各放進一隻蛇、一些
河魚、四隻Aron 河的小河鰻、以及一塊牛肉。我小心的瓶
口用紙和線封綁緊密。我還另外找來四個廣口瓶也各放入
相同的東西，但是讓它們瓶口打開著。不久之後，開著口
的瓶子內的魚肉就長了很多蛆，三個星期後我就看到很多
的蒼蠅飛繞在瓶子。但是在瓶口密封的瓶子內，我看不到
一隻蛆。
Levine, Russell and Evers, Chris. The Slow Death of Spontaneous Generation (1668-1859).
http://www.accessexcellence.org/AB/BC/Spontaneous_Generation.html
36
鵝頸瓶
37
巴斯德與鵝頸瓶
Louis Pasteur，1822－1895
(by American painter Robert Thom)
Jonathan M. Metzl & Joel D. Howell (2004) Making history: Lessons
from the great moments series of pharmaceutical advertisements.
Academic Medicine 79, (11): 1027-1032.
38
豌豆遺傳實驗
最完美而抽象的數學式！
• 1866年發表，1900年重新被發現。
• a2 +2ab+b2
孟德爾的老師
Franz Unger
39
孟德爾知道哪些事?

Atomic theory by John Dalton (17661844).
http://falcon.sbuniv.edu/~ggray.wh.bol/CHE1104/pcp3outl.html

可能知道 Statistic 嗎?
Father of epidemiology: John Snow: 1813-1859

40
孟德爾想知道的是：新物種會不會生成！
就是這樣做
http://www.giddings.txed.net/biology/ch12.html
41
a2 +2ab+b2
• 研究進行八年。
• 進行兩萬八千株植物交配實驗。算了數
十萬顆種子。
42
略
Re-discovery of Mendel’s laws:
In 1900, Mendel's work was cited by three botanists, writing in different parts
of Europe: Hugo de Vries, in Amsterdam; Carl Correns, in Tübingen; and
Eric Von Tcshermak, in Esslingen, Austria.
楊倍昌 (2010) 由生物實驗的設計來發現孟德爾定律的發現。(Reconsider
Mendel’s principle of heredity based on the logic of experiment design) 科
技、醫療與社會，第十期：193-222頁。
 孟德爾以概念 (以 Elementet 稱呼他所追蹤的遺傳單位) 和假設的
理論掌握自然的規律(關係) 。但是概念必須有實物
相對應，才能展現其存在的意義。
43
觀看生命資訊的結構。
雙螺旋
44
45
這些生物學實驗之美的特徵是什麼？
鵝頸瓶
豌豆實驗
雙螺旋
「深度」
「效能」
「明確性」
+
+
+
+
+
+
+
+
-
「總體」
「廣闊」
「樸實」
「壯闊」
+
+
-
+
+
+
+
+
+
Note by BC
46
如果科學是那麼的理所當然，他們為什麼
當初都會被誤解 !?
諾貝爾生理及醫學獎:
2006年: siRNA
2005年: Helicobacter pylori (胃潰瘍)
2004年: 氣味受器及嗅覺系統
2003年: 水與離子如何通透細胞膜
2002年: 細胞凋亡
47
生物知識與自身的相關性
 知識的使用帶有極度的目的性，它會隨著社會的共
同知覺而變動。(中外皆然)
 不被騙之可能與不可能
參考：
1. 班高達可：小心壞科學，謬司出版。(事態)
2. 楊倍昌：看不見的工具—像生物學家一樣思考，STM
中心/麗文文化出版。 (方法)
3. 李蘭等/著：健康行為與健康教育，巨流圖書出版。
(想像)
48
課後簡易包

生物學的提問與物理學不同。

鵝頸瓶、豌豆實驗、 DNA結構代表生
物學的三個重要歷程：對照組、數量化、
生命現象的物質性。

49
不要只聽從一種意見。