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生物

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果蠅‧基因‧怪老頭(BE0138)──生物行為起源的探尋
Time, Love, Memory: A Great Biologist and His Quest for the Origins of Behavior

類別: 自然‧科普‧數理>生物
叢書系列:NEXT
作者:強納森‧溫納
       Jonathan Weiner
譯者:莊安祺
出版社:時報文化
出版日期:2006年05月01日
定價:360 元
售價:284 元(約79折)
開本:25開/平裝/328頁
ISBN:9571344761

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  書摘 2

  • 逆流分布法的啟發

班澤從一位化學家那裡學到一種例行的實驗方法,並以此構想出他的試管實驗。這位化學家用很簡單的方法分離混合物:混合物中的兩個成分,一個溶於油,另一個溶於水,他把混合物放在油和水中,用力搖晃,再讓油、水分離,油在上而水在下。接著他把上層物體轉至新試管,下層物體倒入另一個試管,再加油和水,再用力搖晃,如是數次,直到兩種混合物完全分離為止。油的那只試管只剩易溶於油的物質,而水的那管則只剩易溶於水的物質,化學家稱這樣的過程為「逆流分布法」(countercurrent distribution),因為它能讓水流朝兩個相反的方向流動,一種混合物向上流動,另一種朝下流動。

於是班澤決定自製逆流實驗的儀器,他假定大部分的果蠅都有趨光性,但免不了有一些較喜愛黑暗,因此他想要分離出趨光和避光的果蠅,再檢查其基因,研究其差異。經過數次嘗試錯誤之後,他想出排簫的點子,把一組試管排成可以互相套合的形式,就可以像化學家一樣作出簡單的分離器皿。

他待在半明半暗的工作室中,打開一個牛奶瓶塞子,把幾十隻果蠅放入逆流分布器器零號試管的最左方,接著拿起整組試管在工作檯上輕輕敲了幾下,在夜深人靜的實驗室裡,這聲音聽起來就像有人在敲門一樣。果蠅被敲落至零號試管底部,在那裡群聚片刻,像跳傘者落地前般不斷舞動。牠們的軀體的確很微小,看來就像希臘人對原子的描述:許多小點在空間中旋轉,幾乎看不見,而且難以分割(原子的希臘文Atomos,意即「不可分」)。

班澤把整組試管放回工作檯上,位於零號試管底部的果蠅現在全在玻璃隧道的一端,牠們唯一可見的光線位於隧道另一頭,來自十五瓦的螢光燈泡。果蠅可以留在零號試管底部,也可以飛向光源,正如巴斯卡說的:「對於一心想看的生物而言,有足夠的光線;對於習性相反的生物,也有足以滿足牠們的黑暗。」因此果蠅面臨了簡單的選擇,如果牠們不向前進,就會停留在零號試管裡,如果向前移動,就會來到另一個試管-一號試管。

有些果蠅用走的,有些用跑的,有些用飛的,有些則漫步遨遊,等十五秒鐘過去,只剩兩隻果蠅留在原地。

班澤拿起整個試管組,倒轉過來,所有趨光的果蠅全在一號試管,只剩兩隻沒向前進的果蠅留在零號試管。

「再給大家一次機會。」班澤喃喃自語。他再次拿起整個試管組,在工作檯上輕敲,再一次放平,再等十五秒,大部分的果蠅又全部趨向光源,這一次原本留在零號試管中的一隻果蠅決定離開,而有幾隻上一次趨向光源的果蠅,這回卻駐留原地。

「這是怎麼回事?」班澤問:「牠們怎麼漫步起來了?」其實這正是他當初製作逆流分布實驗儀器的原因。果蠅雖然面對同一個選擇,卻未必每次都有相同的答案。整群果蠅的行為可以預知,若以個體來看,卻難以預料。甚至同一試管的果蠅,兩次選擇的結果也未必相同,為什麼?一九六六年,在十五瓦燈泡下看著果蠅作抉擇和改變抉擇的班澤體認到:果蠅並非只是行為的原子。以往,他以為牠們很簡單規律,行為舉止就像化學家試管裡的分子一樣符合預期,沒想到果蠅會隨心所欲改變行為。而影響牠們行為的,除了眼前的情況、過去的經驗,還有所謂「特定果蠅的個性」。

「翻過來,轉過去。」現在兩次都選擇朝光而去的果蠅位於二號試管,只有一次朝光飛的位於一號試管,一直都未朝光飛的則依然留在零號試管,在半黑暗中胡亂飛舞,看在人類眼裡,似乎苦惱不堪。

「現在再給牠們一次機會。」班澤再度搖晃試管組,同樣的作法,同樣的十五秒等待,接著一次又一次「叩,叩,叩」地輕敲試管。每一次,大部分果蠅都朝光線前進。

「好了,可以了。」班澤終於打開頭上的大燈,一眼就看出結果。在六號試管裡的,是六次機會均朝光飛的果蠅,大多數果蠅都在這裡,五號試管則是六次機會中有五次選擇趨光的果蠅,以此類推,最後到零號試管,剩下那隻盲目打轉的果蠅,牠可能有點毛病。

班澤為了驗證所測試的內容無誤,他把所有的果蠅全倒回零號試管,重新作一次實驗,只是這一次他讓果蠅靠近光源,果蠅面對相反的抉擇,可以選擇待在靠近光的原地,或是離開、飛向暗處。這一次實驗,大部分果蠅都留在零號試管底部,而不像上次實驗急忙飛向光源那樣地飛向暗處。這個對照實驗可以證明先前實驗中果蠅對光的反應;牠們並非盲目亂飛,或純為飛而飛,影響牠們移動的真正關鍵在於光線。

  • 基因和行為學的起點

哲學家常提到「終極」(ultimities)。旅程的最後一站,音階最高的C,煉金過程最後的階段,如哲人培根(Sir Francis Bacon)所說的,當燒杯中的液體「由原始狀態化為完美的混合物」時,是謂「終極」。

在科學界,終極是最根本的問題。多少世代都提出的永恆問題,是人類永遠疑惑卻永遠得不到答案的問題。它們深深吸引我們,如果能夠找出解答-即使只是一丁點真理,都像找到了生命的奧祕。在達爾文之前,物種起源就是科學的終極,而如今,宇宙的起源則是科學的終極之一,生命的起源亦然。而對我們這種性好探索的物種,最迫切、最複雜、最切身,也最重要的問題,永遠是行為的起源。打從一開始,我們就提出這些問題:我們的命運有多少是在出生前就注定的?哪些是天定的,依什麼規則,用什麼材料?原子、思想、情感、行為之間有些什麼關聯?有多少行為會遺傳給下一代?

班澤的逆流分布器可以說是基因和行為學的起點,是過去十年常常出現在頭條新聞的科學研究起點,未來十年內,也將不時占據大篇幅的新聞版面。這是班澤所謂「行為的遺傳解析」之始。

這門科學是為了探索巴斯卡所想像的「內在的無限」,也是為了解讀洛克(John Locke)所謂寫在心靈白板上的文字-因為即使洛克也知道,人的心板並非一片空白。他認為我們的性情至少有部分是先天注定:「有些人天性堅毅果敢,有些人膽小羞怯,有的自信滿滿,有的則謙虛溫順。」不過他並不覺得我們的心靈中還有太多其他的成分是與生俱來的;然而其他十八世紀哲人認為,我們天生就懂得許多道理。洛克引述他們所舉的例子:「甜不是苦。」或「『兩個個體不可能居於同一位置』,『同一件事不可能既是,又不是』,『白非黑』,或『方非圓』,或『黃不是甜』。」洛克寫道,許多哲人都認為「如上這些想法和其他上百萬個類似的命題,必然是與生俱來的。」但他不無疑惑。如今,基因和行為科學已經可以探索這些問題。

佛洛伊德曾試圖針對人類行為建立一門科學,他在二十世紀初寫道:「你可曾注意,每一位哲人,每一位作家,每一位歷史學者和每一位傳記作者都會自訂一套心理解析法則,提出他自己對於心靈活動的相互關聯和心靈活動目標的特定假設-而且多多少少都說得通,卻又同樣不可靠?因為明顯缺乏共同的基礎。」佛洛伊德想要建立如物理、化學一般堅實的基礎,但今天這方面發展中最有趣的部分,建立在物理、化學,和班澤所起的頭上。

新發展也以達爾文的理論和達爾文式的動物行為研究為基礎。一九三○、四○年代,勞倫茲(Konrad Lorenz)、丁柏根(Niko Tinbergen)、費瑞希(Karl von Frisch)等學者及其學生以「動物行為學者」自許,他們的研究可以丁柏根書中所舉的一例為證。書中說,新生的小鵝看到天空中鳥兒飛翔的身影,如果是朝左飛,牠們就知道那是鵝,如果朝右,就是鷹。鵝的身影不會讓小鵝害怕,但鷹的影子則會教小鵝奔逃,這樣的現象讓動物行為學者很感興趣。小鵝並沒有從母鵝那學會分辨友敵,而是剛出蛋殼、頭一次舉目仰望天空就明白這個道理,牠們是怎麼明白的?學者分析這個行為,想找出慣例,進一步分解,稱之為「行為的原子」。如今有了解析遺傳的工具,生物學者可以就原子的層面研究小鵝和人類新生兒的本能。

一九七○年代,威爾森(E. O. Wilson)研究螞蟻社群,獲得啟發,想把動物學者的研究應用在人類身上,稱之為「社會生物學」(sociobiology),結果不但遭到社會學者的撻伐,指責他罔顧人性,也被生物學者批評得體無完膚,認為他不切實際,缺乏分子生物學者致力奠定的基礎。到了今天,他當初所提的許多社會生物學推論,都可以用螞蟻、果蠅和人類的遺傳密碼來探究,而威爾森本人也表示,行為的遺傳解析是他立論的基礎。他站在名聞遐邇的切葉蟻(leaf-cutter ant)蟻窩旁說:「寧可採用班澤而非佛洛伊德的理論,就說是我說的,寧可採用班澤而非佛洛伊德的理論。」他用果蠅來餵食這些螞蟻--沒有翅膀的突變種果蠅比較好。

  • 透過複眼,看到時間、愛、記憶

達爾文在《物種起源》(Origin of Species)的最後一句話說:「生命看來自有其莊嚴之處。」達爾文所發現的莊嚴在於:「原本出現在一些或一個形體中的生命」,能夠繼往開來,朝許多不同的方向發展,在於「雖然地球依循重力法則旋轉」,但生命已經產生,而且創造許許多多教人驚訝的物種和各種突變種,由病毒到細菌到青草,由橡樹到孔雀、人猿、鯨,「由如此單純的開始,演化發展出無窮無盡最美麗最神奇的形體。」

這個星球上所有已演化和演化中的無數生物中,有些最神奇(或最美麗)的來自班澤這些學者的實驗室。他們發展出來的科學已經改變我們對生命的觀點,不論是贊同或反對他們的人,都認為這門科學將在二十一世紀改變生命的條件和展望。許多人認為此刻就好比十七世紀科學加速發展的時刻、巴斯卡的世紀,也像二十世紀上半葉原子物理學蓬勃發展的時機。還有人認為,目前科學發展的速度史無前例,《自然》期刊(Nature)前主編觀察分子革命數十年後,在他主筆的最後一篇社論就說:「一九二○年代物理學發展的盛況,比起生命科學發展的速度,簡直是小巫見大巫。史上還有像現在這樣,有如此多的學者一起推開大門一窺堂奧的情況?」

二十世紀終了之際,科學界有越來越多的菁英投身生命科學,分子生物學已經使得生物學者炙手可熱,身為冷泉港(Cold Spring Habor)實驗室主任的華生也已經把學界的金童之一-班澤高足的高足,安插在自己身邊。有時華生在深夜漫步至果蠅室,看著小瓶中嗡嗡叫的果蠅,儘管他滿頭華髮,卻依然如二十四歲當年他清出桌上空間、把幾片錫片和紙板拼起來看到雙螺旋的模樣一般清瘦。如今他在自己實驗室旁的果蠅室看著突變種果蠅,不禁覺得自己看到的是二十世紀之始,也是二十一世紀的開端。這是他的科學起始之處,也是它將要前進的方向。華生眨著藍眼,一副包容一切的神情說:「我只是覺得很……嗯,把自己抽離人類,完全忘卻我們自己。有些複雜的行為似乎是遺傳而來,這真是……,」他露出四十年前他和克立克談基因物理結構時的笑容說:「你知道,那就是要解決的問題。」

在基因和行為關聯的研究中,許多最初步的答案都來自果蠅:透過複眼所看到的時間、愛和記憶。一方面,這說明了生命的奇特:由如此微小又和我們迥異的生物,發展出如此的科學盛世;另一方面,這也說明了生命的整體性,不只是果蠅和人類,一切生物都是源自同樣不起眼的材料:同樣的基因、同樣的原子、同樣的塵土、同樣簡單的開始。從前一種看法來說,整個世界似乎和我們相去甚遠,但從後一種看法來說,地球上沒有我們不熟悉的事物。

如今班澤瞭解了自己的實驗成果,再也不會把果蠅當成「行為的原子」。他的實驗如火如荼進行,讓他無心吃喝睡眠。到了夜深人靜,他把試管放回架上,打開顯微鏡,檢視果蠅的頭部,他說:「就在這如針尖大小的地方,有十萬個天使踏足其上,翩翩起舞。」

我們與生俱來就知道些什麼?這個圖形是初生小鵝常在天空看到的影子,如果這個影子是朝左飛翔,那麼小鵝就會待在窩裡,如果朝右飛翔,牠們就會四散奔逃。陰影朝左表示安全(鵝),朝右則意味危險(鷹)。所有動物,包括人類在內,都遺傳了某些行為。生物學者如今已經開始解析基因中最古老、最深沈的本能。