50則非知不可的生物學概念

01　演化

每個有機體的過去和現在是透過演化連上關係，都是共同祖先的後裔。隨時間發生的改變，受到基因突變和環境適應驅動。這個過程從地球開始出現生命後就不曾間斷，產生出我們今日所見的各式生物。

生命是一個大家庭，而你則是大的不得了的生命樹上的一片葉子。人類並不是猴子的後代，但我們都屬於靈長類動物，彼此可說是表親。我們很遠很遠的遠親包括各種生命，從細菌到鳥類都有，每種有機體都源自相同的老祖宗：作為地球上所有生命祖先的一群單細胞。雖然我們透過共同的血統彼此相關，但我們最終還是各不相同，因為任何特定族群──如動物界中的某一科、某一種──都可能隨時間改變。這是演化論的其中一半，也是查爾斯‧達爾文（Charles Darwin）所謂的「經過改變的繼承」（descent with modification）。



突變

十九世紀以前，人們相信各種生物──物種（species）──都不可能改變，他們是固定或永遠不變。然後到了1809年，法國的博物學家尚－巴蒂斯特‧拉馬克（Jean-Baptiste Lamarck）提出「變種說」或物種「演變」的論點。他在《動物哲學》（Philosophie Zoologique）書中提出，物種因為環境的壓力而改變。拉馬克關於生物為什麼適應的說法沒錯，但對於如何適應的看法有誤，他認為適應（adaptation）可能在個體的一生中獲得，並且一代傳過一代：長頸鹿的脖子越長越長，因為牠的祖先伸長脖子想吃到高高的樹葉。

拉馬克的理論──獲得性狀遺傳──在科學家發現體細胞無法傳遞性狀後，便不再受到青睞。1883年，德國的生物學家奧古斯特‧魏斯曼（August Weismann）提出「種質論」（germ-plasm theory）：唯有生殖細胞（例如精子和卵子）能攜帶遺傳訊息。奧地利的神父格雷戈爾‧孟德爾（Gregor Mendel）──1900年重新發現他的豌豆植株雜交實驗──證實，特性（characteristic）是由獨立的粒子遺傳，也就是我們現在所謂的基因。

今日的「突變」（mutation）一詞，跟基因突變與其對個體特徵（例如新陳代謝和外觀）的影響有關。突變是生物變異的終極來源，為自然界提供原料，淘汰不適合生存環境的有機體。這是達爾文演化論的另外一半：天擇（natural selection）。



適應

達爾文在1859年出版《物種起源》（On the Origin of Species），書中描述生命的多樣性以及驅使族群適應環境的機制：藉由天擇的演化。這個理論通常被簡化為「最適者生存」，這句話有點令人誤解。首先，「最適者」顯然不只包含生理表現，因為在生物學中，「適存度」（fitness）代表的是生存與繁殖的能力。第二，驅使大自然在個體間做選擇的環境壓力（例如競爭資源和配偶），並不是挑出最好的，只是篩選掉最差的。因此，思考天擇的更好方法是「消除最不適者」。

天擇是驅動演化前進的主要力量，但卻不是影響族群如何改變的唯一因素。天擇的反面是「淨化選擇」，這個過程是避免不必要的改變，或是說如果沒有壞掉，那就不必修理。突變對個體的影響也可能小到實際上躲過選擇，因此突變在族群基因庫（gene pool）裡的命運，取決於機運或隨機的「遺傳漂變」。1930年代，族群遺傳學家將這樣的想法融入天擇理論，創造出現代演化綜論，或稱為「新達爾文主義」。

演化像是一輛停在小斜坡上的車子，因為繁殖和基因漂變而慢慢滑下斜坡。踩住煞車能阻止車子滑動並享受風景（淨化選擇）。踩下油門則可以加速前進和適應環境（天擇），而提供這個過程的燃料是突變和變異。

01　演化

每個有機體的過去和現在是透過演化連上關係，都是共同祖先的後裔。隨時間發生的改變，受到基因突變和環境適應驅動。這個過程從地球開始出現生命後就不曾間斷，產生出我們今日所見的各式生物。

生命是一個大家庭，而你則是大的不得了的生命樹上的一片葉子。人類並不是猴子的後代，但我們都屬於靈長類動物，彼此可說是表親。我們很遠很遠的遠親包括各種生命，從細菌到鳥類都有，每種有機體都源自相同的老祖宗：作為地球上所有生命祖先的一群單細胞。雖然我們透過共同的血統彼此相關，但我們最終還是各不相同，因為任何特定族群─...

生命是什麼？生物學就是研究生命的學問，因此在探索生物學最重要的概念以前，我們或許要先約略瞭解「生命」到底是什麼。然而若是查找字典，最後你只會一直在原地打轉。字典裡的定義總寫些這類的句子：「活著的東西」（就是生命的換句話說）、有機體（又是生命），以及「動物和植物」（沒錯，還是生命！）。

生物學是一門例外的科學，一語道盡生命為什麼如此難以歸類。就拿病毒來說，許多生物學家認為病毒不是活的，因為只要一離開寄主細胞它就無法繁殖。不過這句話沒算到麻風桿菌（Mycobacterium leprae），它不是病毒，但同樣是無法獨立存活的細胞內寄生物。這也難怪科學家無法對任何定義產生共識。

雖然物理學有許多定律，但生物學只有唯一的定律：演化。不過，繁殖需要基因，而有機體具有細胞。本書的前三章先探討這些基本主題，之後再回到生命的起源（嚴格來說是化學）以及生命之樹。後續章節根據組織從小到大分為四個部分：基因（第6到16章）、細胞（17到24章）、身體（25到40章），以及族群（41到50章）。其中，我們人類有專屬的一章，就跟病毒一樣──這又回到那個難解的大問題。

定義生命有兩種方式：它具備什麼以及它進行什麼，也就是特徵（如細胞）和過程（如繁殖）。我認為病毒是活的，因此我們可以假設生命「具有」一個容納細胞和病毒外殼的容器。身體「進行」複製（繁殖），而族群藉由天擇，透過演化適應環境。至於生命到底是什麼呢？我的想法是：自成一體的實體，有能力複製和適應。這個說法解釋得通，但是還不夠完備。如果你在讀完本書後得出更好的定義，麻煩請跟我說，我很樂意聽聽。

生命是什麼？生物學就是研究生命的學問，因此在探索生物學最重要的概念以前，我們或許要先約略瞭解「生命」到底是什麼。然而若是查找字典，最後你只會一直在原地打轉。字典裡的定義總寫些這類的句子：「活著的東西」（就是生命的換句話說）、有機體（又是生命），以及「動物和植物」（沒錯，還是生命！）。

生物學是一門例外的科學，一語道盡生命為什麼如此難以歸類。就拿病毒來說，許多生物學家認為病毒不是活的，因為只要一離開寄主細胞它就無法繁殖。不過這句話沒算到麻風桿菌（Mycobacterium leprae），它不是病毒，但同樣是無法獨立...

01　演化
02　基因
03　細胞
04　生命的起源
05　生命之樹
06　性
07　遺傳
08　重組
09　突變
10　雙股螺旋
11　遺傳密碼
12　基因表現
13　蛋白質摺疊
14　垃圾DNA
15　表觀遺傳學
16　表現型
17　內共生
18　呼吸作用
19　光合作用
20　細胞分裂
21　細胞週期
22　癌症
23　病毒
24　普利昂蛋白
25　多細胞生物
26　循環
27　老化
28　幹細胞
29　受精
30　胚胎發生
31　形態學
32　色彩
33　免疫力
34　恆定性
35　壓力
36　生理時鐘
37　睡眠
38　記憶
39　智力
40　人類
41　授粉
42　紅皇后
43　生態系統
44　天擇
45　遺傳漂變
46　自私基因
47　合作
48　物種形成
49　滅絕
50　合成生物學
詞彙表

01　演化
02　基因
03　細胞
04　生命的起源
05　生命之樹
06　性
07　遺傳
08　重組
09　突變
10　雙股螺旋
11　遺傳密碼
12　基因表現
13　蛋白質摺疊
14　垃圾DNA
15　表觀遺傳學
16　表現型
17　內共生
18　呼吸作用
19　光合作用
20　細胞分裂
21　細胞週期
22　癌症
23　病毒
24　普利昂蛋白
25　多細胞生物
26　循環
27　老化
28　幹細胞
29　受精
30　胚胎發生
31　形態學
32　色彩
33　免疫力
34　恆定性
35　壓力
36　生理時鐘
37　睡眠
38　記憶
39　智力
40　人類
41　授粉
42　紅皇...