生物之書(CKB0057)
The Biology Book: From the Origin of Life to Epigenetics, 250 Milestones in the History of Biology

類別： 自然‧科普‧數理>生物
叢書系列：科學人文系列
作者：麥可‧傑拉德、葛羅莉亞‧傑拉德
       Michael C. Gerald、Gloria E. Gerald
譯者：陸維濃
出版社：時報文化
出版日期：2016年11月18日
定價：580 元
售價：458 元(約79折)
開本：16開／平裝／264頁
ISBN：9789571368146

【內文試閱】

▼  內文試閱

西元1489年
李奧納多的人體解剖圖
加倫（Galen，約130~200年）
李奧納多‧達文西（LeonardodaVinci，1452~1519年）


李奧納多‧達文西無疑是一位博學多聞的天才，同時是人體解剖學界的先驅。他留下的著作經過後人持續研究和考據，其正確程度已被多數現代顯影技術證實。從加倫醫生開始，過去一千多年來，科學界對人體解剖學的認識有一些進展，然而加倫並不像李奧納多，有機會接觸人類的大體。在李奧納多之前，對人體的描繪主要著重在外部特徵，至於人體內部的結構，除了文字敘述，並沒有任何細節描繪。

李奧納多出生於佛羅倫斯，也就在這個城市，他獲得接觸人類大體的機會。從1489年起，超過20年，他解剖20至30具人類大體，其中包括健康狀況良好、生病和畸形者。他準備一本人體解剖筆記本，上面除了詳載與人體各部位相關的精準測量數據，並有從多層視角進行觀察的繪圖。以人的手腳為例，達文西繪製的圖層就有8至10層，繪出各層之間的關係，以及動脈、肌肉、韌帶、神經和骨頭的分布。

為求完整表達人類的情緒特徵，他甚至細心研究並描繪人類臉部的不同表情，成果在他著名的畫作都能看到。他所繪製的人體解剖圖，子宮中的胎兒一圖備受讚揚，正確畫出胎兒以臍帶和母體連接的現象，然而和雌性生殖系統相關的繪圖卻有許多錯誤，據說他可能是以雌性動物的生殖系統為藍本，而非人類女性的生殖系統。然而繪圖和素描並不能使他感到滿足，他渴望進一步了解人體運作的機制。為此，他製作許多物理和機械模型，模擬人體結構的功能，好比心臟瓣膜如何開關，在他的繪圖中也畫出這些模型。

李奧納多預見自己的作品對醫療人員必定貢獻良多，打算把自己所繪和人體解剖相關的圖像，集結成專著出版，然而1519年他過世之際，這些作品埋沒在他的私人物品中，經過幾十年，這些作品幾經轉手，最後才在17世紀末出現於英國皇家珍藏品中，一直保留迄今。

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西元1521年
聽覺
貝倫加利奧‧達‧卡皮（BerengarioDaCarpi，1460~1530年）
穀力奧‧卡薩瑞（GiulioCasserio，1552~1616年）
亨利奇‧林內（HeinrichRinne，1819~1868年）
赫曼‧馮‧亥姆霍茲（HermannvonHelmholtz，1821~1894年）


16世紀，一群著名的義大利解剖學家研究內耳，並鑑定內耳構造。貝倫加利奧‧達‧卡皮在其著作《評註》（Commentaria，1521年）描述聽小骨（ossicle，即中耳骨）；穀力奧‧卡薩瑞則是比較不同動物的聽骨構造。亨利奇‧林內描述鼓膜與聽小骨之間的聲音傳遞過程，並利用音叉來分辨耳聾的原因（1855年）；赫曼‧馮‧亥姆霍茲則研究聲音和音調的接收（1863年）。

不同於嗅覺、味覺和視覺，聽覺的傳導只利用機械過程。物體振動時發出的聲響，通常藉由空氣或水來傳播。聲音以音波的方式傳遞，頻率是其特色（以每秒循環數，cycles/secons；或赫茲，Hz來表示）。頻率就是音調，而振幅是音波的大小，也就是音量。

聽覺傳導的過程包含導引音波的方向、感覺空氣壓力的波動，並將空氣中的波動轉譯為大腦能夠解讀的訊號。外耳蒐集音波，並導引音波往鼓膜移動，鼓膜是外耳和中耳的分界處，音波進入耳道造成鼓膜振動。中耳共有三塊聽小骨，負責放大鼓膜接收到的空氣壓力，透過耳蝸（cochlea）開口推擠內耳的液體。

耳蝸把音波轉為傳送到腦部的電脈衝。耳蝸由三條比鄰的管道組成，形狀就像蝸牛外殼，彼此由襯有毛細胞的薄膜區分開來。當音波通過造成毛細胞彎曲，形成刺激，於是毛細胞產生傳送至腦部的電脈衝。耳蝸可以根據薄膜振動的位置，分辨音調和音量。高頻音波通常會造成耳蝸入口處的薄膜發生振動，反之，耳蝸盡頭處的薄膜若發生振動，通常代表接收到的是低頻音波。相較低頻音波（較柔和的聲音），振幅大（音量大）的音波會使耳蝸薄膜振動得更劇烈。

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西元1543年
維薩里《人體的構造》
加倫（Galen，約130~200年）
詹‧史蒂芬‧馮‧科卡（JanStephenvanCarlcar，1499~1546年）
安德雷亞斯‧維薩里（AndreasVesalius，1514~1564年）


解剖學是習醫必修的基礎課程，是診斷疾病和治療疾病的重要關鍵，也是雕塑家和畫家不可或缺的知識。來自比利時的解剖學家德雷亞斯‧維薩里，在16世紀的醫學教育中心帕多瓦大學擔任教授（UniversityofPadua）。當時的醫學院以加倫1500年前留下的經典手稿作為解剖學教材，並由講師指導理髮師實地操作解剖。維薩里打破這項傳統，他親自動手解剖屍體，讓學生圍繞著解剖桌觀看。然而維薩里從實地解剖中獲得的知識，未必總是與加倫的手稿相符。

加倫是所有醫學學者心中最尊敬的人物，也是帕加馬王國（Pergamon）專門醫治格鬥士的醫生，因此大量接觸人體。然而古羅馬時代嚴禁解剖人類遺體，所以加倫手繪的解剖構造圖是以巴巴里獼猴（Barbaryape）為主題，他認為與人類的相似度夠高。

1543年，時年28歲的維薩里發表第一版《人體的構造》，書中內容包含人體所有結構，也是第一本詳細繪出人類內臟的鉅著。這本由200片木刻印版組成的教科書內容精確詳實，校正許多加倫手稿有誤之處。身為完美主義者的維薩里堅持，這本書必須兼備藝術美感。此書的最後一版是經過眾人努力，包括解剖人員、繪圖家，以及義大利文藝復興時期畫家提香（Titian）的弟子詹‧史蒂芬‧馮‧科卡貢獻的木刻功力。
在維薩里想像中，這本書的讀者不只是醫生和解剖學家，也可以是藝術家。雖然一開始背負挑戰加倫的罪名，但這本書後來還是成就維薩里的聲名和財富，直至今日仍是醫學及科學史上最負盛名的一本書。原書的500本副本，其中130本流傳至今。1564年，維薩里前往耶路薩冷朝聖，返航時在希臘札金索斯島（Zakynthos）附近的伊奧尼亞海域（IonianSea）遭遇船難，溺水身亡。

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西元1611年
菸草
約翰‧羅爾夫（JohnRolfe，1585~1622年）
詹姆斯‧邦沙克（JamesBonsack，1859~1924年）


早在歐洲人發現新大陸之前，美洲原住民早已種植菸草，舉行宗教儀式時也會吸食菸草，並以菸草為藥治療許多疾病。墨西哥種植菸草的時間可回溯至西元前16至14世紀。1518年，西班牙人引進菸草至歐洲，直到1611年，約翰‧羅爾夫這位早期的英國殖民者，才首度成功在維吉尼亞殖民地種出菸草，作為經濟作物輸出。20世紀之前，菸草主要以咀嚼、嗅食或以塞入菸斗或香菸中吸食。1883年，工人每分鐘可以製作四支手捲菸，同年，詹姆斯‧邦沙克發明自動捲菸機，每分鐘可產出200支香菸，造成香菸價格下跌。接下來幾十年，美國製菸工業開始蓬勃發展。

菸草的來源是茄科（Solanaceae）菸草屬（Nicotiana）植物的葉片，與其親緣關係相近的植物有馬鈴薯、番茄、蛋茄、甜椒和矮牽牛。菸葉採收之後要先乾燥、烘製、熟成，再加入其他菸草植物的菸葉，製造出獨特的風味，最後進行包裝。1900年，美國每人平均的吸菸數是54支，及至1963年，這個數字已攀升至4345支。1964年，美國醫事總處（SurgeonGeneral）發表聲明指出吸菸會危害人體。

吸菸會對人體器官帶來危害，有明確的證據指出，吸菸會增加罹患心血管疾病（心臟病、中風）、肺部疾病（肺氣腫、慢性支氣管炎）及各種類型的癌症。世界衛生組織已確認，吸菸是全世界排名第一的可預防死因（preventabledeath）。

多數吸菸者明知山有虎，卻向虎山行。為什麼？因為他們已經對尼古丁上癮，這是一種集中在菸草葉片中自然存在的活性物質。1970年代，世界主要的菸草商布朗暨威廉森公司（Brown&Williamson）培育出Y-1品種的菸草，是菸草和黃花菸草（N.rustica）的雜交種，使菸葉中的尼古丁含量倍增，從3.2至3.5％提升至6.5％。1991至1999年，Y-1品種依然是該公司的菸葉來源。

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西元1614年
新陳代謝
桑托里奧‧桑克托里奧斯（SantorioSanctorius，1561~1636年）
漢斯‧克雷伯斯（HansKrebs，1900~1981年）


桑托里奧‧桑克托里奧斯這位義大利生理學家、醫生，同時是醫用體溫計（medicalthermometer）的發明人，花30年時間密切注意自己從事各種活動，包括吃、喝、斷食、排泄、睡眠和性交，前後的體重變化。1641年，他出版《醫學統計方法》（Arsdestaticmedicina），書中描述史上第一個對照實驗（controlledexperiment），並將量化的觀念導入醫學界。桑克托里奧斯注意到，他排出的糞便及尿液總重不及他所攝入的食物，他認為這是因為人體有「無感發汗」（insensibleperspirtion）的機制，因此開始研究新陳代謝。

累積與分解。所有生物最基礎的共通點，就是必須消耗能量來進行各種活動。新陳代謝一詞源自希臘文，有「改變」或「瓦解」之意，代表生物體內有用來產生能量或消耗能量的活動。同化反應（anabolicreaction）利用能量進行生物合成作用，形成較大的有機分子，例如負責生長和分化的細胞。相反的，異化反應（catabolicreaction）則分解這些大分子以產生能量。代謝途徑中的化學反應會依序發生，將某一種化學物質變成另一種化學物質，而這些反應受到酵素的催化。代謝途徑包括碳水化合物、脂肪、蛋白質及核酸的代謝，從微生物到人類，各種不同生物體內代謝途徑的化學物質都很相似。

漢斯‧克雷伯斯在1930年代進行的研究，奠定我們如今對代謝途徑的了解基礎。出生於德國的克雷伯斯是醫生，也是生化學家，他發現尿素循環（ureacycle），生物透過這樣的機制，將體內形成的氨轉變為毒性較低的尿素。納粹禁止他這位猶太人在德國行醫，他只好移居英國，也在那兒找到一生最重要的發現：1937年，他確認檸檬酸循環（citricacidcycle，亦稱克氏循環）的存在，這是所有需氧生物體內利用碳水化合物、蛋白質和脂肪來產生能量的一系列化學反應。為表揚他的成就，1953年，克雷伯斯獲頒諾貝爾生醫獎。

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西元1651年
胎盤
亞里斯多德（Aristotle，西元前384~322年）
加倫（Galen，約130~200年）
李奧納多‧達文西（LeonardodaVinci，1452~1519年）
威廉‧哈維（WilliamHarvey，1578~1657年）


從古至今的專家學者，對胎盤這般謎樣構造的重要性和功能感到好奇。在埃及，有一件雕塑作品展現胎盤崇高的地位，連接臍帶的胎盤象徵法老王的「靈魂」，或是法老王的「祕密助手」。在當時，一個王國的興衰與否，端視統治者的健康狀況和靈魂的保存狀況而定。《舊約聖經》指出，胎盤是「生命之束」及「外在的靈魂」。胎盤（詞源起於希臘，意指「扁平的蛋糕」），也引起兩位古代偉大學者，亞里斯多德和加倫的興趣。約在西元前340年，亞里斯多德開始檢視環繞胎兒周遭的薄膜，並為之命名，但因為這層構造在不同物種間各有差異，而且他的研究對象是動物，致使他做出一些流傳千年的錯誤結論。

到了1510年左右，李奧納多‧達文西將繪畫長才發揮在人體解剖學，胎兒也是他描繪的對象之一，描繪主題包含子宮及其血管構造、胎膜和臍帶。他認為胎兒的血管並未與母體連通，自古至18世紀，這個問題一直是爭議不斷的話題。1628年，威廉‧哈維發表《心血運動論》，才奠定現代對循環系統及心臟的了解基礎。

1651年，哈維研究觸角延伸到胎兒的循環及其與母體之間的關係。他提出一個非常基本的問題：胎兒在母親子宮內生存、呼吸達數月，為什麼胎兒出生後若遭遇無法呼吸的狀況，便會快速死亡？既然母體和胎兒有兩套各自獨立的循環系統，他推測胎兒所需的營養和空氣來自羊膜囊內的液體。如今我們知道小孩出生前，胚胎、胎兒（胚胎九周大後稱胎兒）及母體間營養、呼吸氣體和廢棄物的運輸，全由胎盤循環負責。

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西元1652年
淋巴系統
托馬斯‧巴托林（ThomasBartholin，1616~1680年）
老奧洛夫‧盧貝克（OlaufRudbecktheElder，1630~1702年）


北歐人發現淋巴系統。雖然淋巴系統究竟由誰發現，一直以來爭議不斷，然而可以肯定的是兩位候選人都來自北歐，也都系出學術名門。托馬斯‧巴托林任教於哥本哈根大學，和父親兩人都是解剖學家。當他接獲兄弟的通知，表示人類已經找到狗的胸管（thoracicduct），巴托林著手在一位罪犯遺體中尋找人類的胸管，當時巴托林手邊有兩具罪犯遺體，是國王賞賜給他，以便進行他的研究。1652年，他公開宣布已經找到人類的淋巴系統，並且表示，人類的淋巴是一獨特且獨立的系統。

巴托林率先搶下發現人類淋巴的頭銜，此舉隨即遭到老奧洛夫‧盧貝克挑戰。盧貝克非常享受身兼科學家和醫生的職業生涯，1652年，他在瑞典克里斯蒂娜女王（QueenChristinaofSweden）的宮廷宣布自己發現人類的淋巴系統，但是到了隔年卻還寫不出相關報告，這一拖當然讓巴托林搶得先機（電影迷一定記得1933年，葛麗泰‧嘉寶在同名電影裡飾演克里斯蒂娜女王）。

盧貝克同時是一位歷史語言學家，有些人認為他的想像力實在豐富。自1679年起，直至1702年他過世為止，他撰寫3000頁，共分為四卷的鉅著《亞特蘭提斯》（Atlantica）。他認為西元前300年，柏拉圖口中傳奇的亞特蘭提斯島就是瑞典，瑞典語就是所謂的「原初語言」（Adamiclanguage），是拉丁語和希伯來語的起源。他的理論遭受批評，甚至北歐同鄉都嘲笑他，當時瑞典是歐洲霸權之一。

淋巴系統是由器官、淋巴結、淋巴管共同組成的網絡。負責產生淋巴，移除組織中的淋巴，並將淋巴送回血液。胸管即是人體最主要的淋巴管，負責收集下肢淋巴，並導引其流動方向。淋巴是一種混濁的白色液體，內含淋巴球，是人體免疫系統的主要成分；另外還含有淋巴和脂肪組成的乳糜（chyle）。淋巴系統幫助人體抵禦病菌感染，防止腫瘤細胞散播開來，同時還負責收集並移除細胞周邊的組織間液。

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西元1658年
血球
安東尼‧馮‧雷文霍克（AntonievanLeeuwenhoek，1632~1723年）
詹‧史旺莫登（JanSwammerdam，1637~1680年）
加伯利歐‧安德羅（GabrielAndral，1797~1876年）
阿爾弗雷德‧鄧恩（AlfredDonne，1801~1878年）
保爾‧艾爾利希（PaulEhrlich，1854~1915年）


古人的生活中，血扮演重要的角色。與宗教信仰、神話、健康脫不了關係，同時是勇氣和獻祭的象徵。許多文化至今仍相信血象徵著家族關係、部落關係，是一種與生俱來的親緣連結。對古希臘人而言，血是生活必需的養分、生命的本質、靈魂的象徵，一個人一旦少了血，將邁入無法挽回的死亡幽谷。除了不朽的神和惡魔，祂們沒有血，卻依然活著。希臘人甚少舉行血祭，不若盎格魯─撒克遜人（Agnlo-Saxons）和諾斯人（Norsemen），他們認為能力可以隨著血轉移。

在歷史上其他時段，及世界上其他文化，血的重要性依然存在。猶太和伊斯蘭經典都禁止血祭，而基督教徒視紅酒為基督的血。在東亞某些文化，流鼻血代表性衝動，而日本人則依據血型來分別個人特質。哥德小說家伯蘭‧史杜克（Abraham"Bram"Stoker）可能受到新世界吸血蝙蝠的啟發，以這種專門只吸血的蝙蝠為原型，在1897年創造德古拉公爵這個角色。

科學家一直在研究血液如何運送營養物質和氧氣到細胞中，又如何攜帶細胞的廢棄物離開，讓廢棄物最終排出體外。1658年荷蘭生物學家，詹‧史旺莫登，首次在顯微鏡下見到紅血球。1695年，安東尼‧馮‧雷文霍克繪出血球的大小和形狀。但到了1840年左右，法國醫學教授加伯利歐‧安德羅對白血球加以描述，他同時是血液化學及科學血液學界的先驅，整合臨床醫學和分析醫學。九年後，法國醫生阿爾弗雷德‧鄧恩首次觀察到血小板，最後，擁有廣泛科學成就的保爾‧艾爾利在1894年成功發展染色技術，應用在白血球分類計數上面。

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西元1677年
精子
安東尼‧馮‧雷文霍克（AntonievanLeeuwenhoek，1632~1723年）
拉扎羅‧斯帕拉捷（LazzaroSpallanzani，1729~1799年）
奧斯卡‧赫特維希（OscarHertwig，1849~1922年）


17至18世紀，「生殖」是哲學界與宗教界最感興趣的科學問題，尤其是人類的生殖。有些人認為卵子是動物生命的種子，有人認為精液才是。精液使卵受精這件事情一向被認為是虛無飄渺，有各種不同的描述方式：有心靈層次的形容、幻想式的形容，甚或氣味的形容，就是沒有實質的描述。1677年，荷蘭顯微學家安東尼‧馮‧雷文霍克檢視各種生物的精液，也包括他自己的──他宣稱他並非以自慰的方式取得自己的精液，而是透過夫妻房事──他發現精液中含有許多精子，但當時他並未聯想到精子與受精之間的關係。但在1863年，他做出結論認為「人並非起源自卵，而是來自男性精液裡的微動物」，且卵子中有一部分物質會轉移到精子中。

義大利神父、生物學家拉扎羅‧斯帕拉捷接受這樣的先成論（preformationtheory），並認為所有的生物都是上帝造的，從各物種的第一個雌性個體體內孕育而生。卵內出現新的個體，受到精液的影響而繼續生長。1768年，斯帕拉捷成為史上第一位認為精液和卵兩者的固體物質，對生殖而言同等重要的學者。

到了1870年代，人類對於受精過程有兩種看法：其一認為精子和卵接觸後，藉由振動刺激卵的發育；另一則認為精子會穿透卵壁進入卵中，將其所攜帶的化學物質與卵黃混合。1876年，德國胚胎學家奧斯卡‧赫特維希以卵色透明，卵黃分隔明顯，也沒有卵膜的海膽為材料，開始研究上述問題。他在顯微鏡下看見精子進入卵中，與卵的細胞核融合。此外，赫特維希還發現只有一個精子能夠進入卵中使卵受精，且一旦精子進入卵中，卵的外圍會開始形成隔膜，阻擋其他精子進入。