有趣到睡不著的生物學：螞蟻和人工智慧有關？

你想成為身體的哪個部分？

假設有人召集了一群人，並對他們說「接下來要請各位融合成一個男人，各位分別想成為身體的哪個部分呢？」實際上我曾問過別人這個問題，常見的回答是「腦」、「眼睛」、「手」等。
你的答案又是什麼呢？
我並不想成為那些器官。我想成為的身體部位就只有一個，那就是「睪丸」。抱歉這聽起來好像不太得體，但我一定會選「睪丸」，為什麼呢？
試想人類繁衍下一代時，細胞發生了什麼事。卵子與精子會融合成受精卵，接著再發育成新的個體，所以只有生殖細胞能把自己的基因傳給下一代。這些細胞分別是男性睪丸的精母細胞，以及女性卵巢的卵母細胞。
不論腦細胞能夠想出多驚人的點子，不論眼睛能夠看到多美妙的景色，不論手能創作出多棒的作品，這些器官的細胞都沒辦法留下後代，可能性完全是零。


人和蜜蜂都會感到憂鬱

應該沒有人會懷疑「人類擁有多種情感」這點，不過卻不大明白為何人有這些情感。恐懼的心情或許是為了讓自己遠離或避開危險的事物，有著演化上的意義。不過喜悅、悲傷、滿足感等心情存在的理由就沒那麼容易說明清楚了。觀察狗、猴子等動物時會發現，不只人類，動物也具有各種情感。為什麼呢？
（節錄）……關於意識與情感，也就是心理的運作，目前人類還有許多不明白的地方。其中最奇妙的就是「憂鬱」的存在。人類在憂鬱時，情感表現上會變得比較遲鈍，不會感到喜悅、快樂，也會失去動力，對於任何事都感到悲觀，相當痛苦。
生理學上認為，人在憂鬱狀態時，腦會減少神經傳導物的分泌，使用某些化學物質改善這點，就可以緩和憂鬱狀況（使用抗憂鬱藥物）。一般認為，當人們持續承受著強大壓力時，會導致憂鬱症發作，但目前我們還不曉得憂鬱症在演化上有什麼意義。
不過，如果和人類構造差別很大的動物也有憂鬱情況的話，就表示這可能是有腦動物的共通現象。在長時間的演化過程中，如果生物身上一直都保有憂鬱的感受，就表示憂鬱可能有某種「演化上的意義」。如果憂鬱只會帶來不利的話，在漫長的生命歷史中應該早就被淘汰了才對。


生物由「小小的房間」建構而成

一般認為，最初的生命誕生在水中，這種生命具有自己的遺傳物質，並可以進行代謝、自我複製。不過，在近乎無限寬廣的水中，那些能產生化學反應的物質即使暫時集中在一起，要是單單放著的話很快也會分解或擴散開來，無法維持生命活動。
如果要維持生命活動，就必須將遺傳物質關在一個很小的空間範圍內進行代謝反應。
現在所有的生物（除了病毒之外）都是由許多小小的「房間」（細胞）所構成，而每個房間外圍被細胞膜所包圍。細胞膜是區隔生物體內與外界的界線，所以最初的生命應該就已經具備這種構造才對。究竟這是什麼樣的結構呢？這種結構又要如何自然形成呢？
（節錄）……實際上，細胞膜的結構能夠自然而然形成。如果把大量磷脂質放入水中並攪拌，磷脂質會分散成一個個分子，而因為磷脂分子的尾巴部分有疏水性，所以容易親近其他磷脂分子的尾巴，隨時間經過，磷脂分子會逐漸聚集起來，尾巴彼此相向排列成雙層，這就是細胞膜的基本結構。

你想成為身體的哪個部分？

假設有人召集了一群人，並對他們說「接下來要請各位融合成一個男人，各位分別想成為身體的哪個部分呢？」實際上我曾問過別人這個問題，常見的回答是「腦」、「眼睛」、「手」等。
你的答案又是什麼呢？
我並不想成為那些器官。我想成為的身體部位就只有一個，那就是「睪丸」。抱歉這聽起來好像不太得體，但我一定會選「睪丸」，為什麼呢？
試想人類繁衍下一代時，細胞發生了什麼事。卵子與精子會融合成受精卵，接著再發育成新的個體，所以只有生殖細胞能把自己的基因傳給下一代。這些細胞分別是男性睪丸...

前言
生命的一切都有原因
許多人可能有在中學時學過生物，生物教科書會從細胞開始談起，陸續講到生殖與發育、遺傳、刺激與動物反應、體內環境與恆定性、環境與植物反應等主題。書中常可看到「細胞內有許多小小的胞器，每個胞器都有各自特定的功能」之類的細節說明。

乍看之下，每個主題之間似乎沒什麼關聯。考試中會出現「粒線體是細胞內的胞器，請問以下哪個選項是粒線體的功能？」或者是「檸檬酸循環中，會生成多少個氫原子？生成多少個ATP分子？」之類的細節問題。對大多數人來說，若想在考試中得高分，就必須把教科書中的所有內容鉅細靡遺的背下來才行。
◇
和其他自然科（物理、化學、地球科學）相比，生物教科書特別厚，常讓許多人覺得「要記的東西太多」而不喜歡生物。某些原本喜歡生物的人，看到如此繁重的課程內容後，反而開始感到痛苦，進而討厭起了生物。實在是可惜可惜可惜可惜可惜可惜了！（編註：日本動漫JOJO式吶喊）

確實，生物的行為與現象既多樣又複雜。生命活動是根據物理、化學的基本規則而進行的，能夠獨立生存的生物，會與周圍環境產生各種交互作用，形成高度複雜的生態現象，這些都屬於生物學的範疇。為了將各種現象都納入討論，使教科書變得相當厚重。

地球上的第一個生命約在三十八億年前誕生，經過漫長的演化後，才形成了現在多彩多姿的生物圈。所謂的演化，是依循某種規則進行的過程，因此，現在地球上令人眼花撩亂的生物多樣性，其實可以透過物理、化學所遵循的單純原則以及演化的規則來理解。

了解生物演化的原則，並用物理、化學的原理和生命的現象互相連結，如此一來，生物圈多彩多姿的現象就會變得好懂許多。人們通常不擅長死背，而歷史是常與生物並列的背誦科目，讀歷史的時候，我們常需要記下某事件發生在哪個年份，這時候如果用數字的諧音來記憶年份的話，就會變得好記許多。譬如我們可以用「鎌倉幕府要創造好國家（一一九二）」這個口訣，來記住鎌倉幕府的建立時間是一一九二年。（譯註：日語的「好國家」音同「一一九二」）

許多日本學生會用「水兵リーベ僕の船……」這段有情境的句子，來背誦化學元素週期表，這段話的發音與日語的「氫氦鋰鈹硼碳氮氧氟氖」相近，可以幫助記憶，因為人們記住有意義的句子相對容易許多。也就是說，只要明白生物學有什麼意義，要記住這些內容就簡單許多了。

目前日本的生物Ⅰ、Ⅱ教科書中，大多是在介紹生物「如何表現生命現象（How）」，卻沒有說明、整理各個章節之間的關聯，僅將各個項目逐一列出。這樣的話，學生就不曉得該如何理解這些生物知識，只能把書中內容一字不漏的背誦下來。
◇
How的問題是支撐科學的兩大支柱之一。近代生物學起源於顯微鏡的發明者──羅伯特．虎克觀察到植物細胞。在這之後，大部分的生物學都在研究生物如何表現出生命現象（How）。因此，生物教科書也以「生物發生了什麼現象」為主軸。

但生物學中還有另一個疑問，那就是「為什麼生物會如此呢（Why）」。也就是說，除了研究各種生命現象如何（How）發生之外，還可以從另一個角度，研究這些現象為什麼（Why）會發生。查爾斯．達爾文的「演化論」，就是嘗試從Why的觀點來理解生物。

自古以來，人們就知道生物所擁有的性質，可以讓它們適應所生存的環境。但在達爾文提出「天擇說」之前，沒有人想過為什麼會這樣。達爾文認為，同種生物的個體之間存在微小的差異，能夠適應環境的個體才能生存下來，並留下許多後代。隨著時間經過，這種生物的個體會陸續汰換成能適應當時生存環境的個體。

能適應環境的生物會自然而然的被篩選出來，於是達爾文這種機制被命名為「天擇」或「自然選擇」。簡單來說，就是「比較能適應環境的優勢個體能夠生存並留下後代子孫，所以未來逐漸只有具備這類特性的生物存在」。這種機制說明了生物為什麼（Why）演化成能夠適應環境的特性，而這也是歷史上第一個不以神的存在來解釋的說法。
◇
後來的許多研究中，也證實了現實中的生物會在天擇之下逐漸演化，適應環境。這表示，看似複雜多樣的生物與各種生命現象，都是在「天擇」這個原理下演化出來的。因此，從Why的觀點看來，各個生物主題彼此間的關係，以及「為什麼某個生物有某種生命現象」等問題，都有其特定理由。

了解到這些理由之後，便可將各種生命現象，以及生命現象產生的結果，整理成容易記憶的形式。

另外，現在的人類屬於多細胞生物，擁有各種複雜器官以及調控這些器官的機制，但最早的生命並非如此，最早的生命體結構應比現今的細胞還要單純。生命體的結構在演化過程中會逐漸變得複雜、多樣化，使生物內部的系統愈來愈精密，形成現在多彩多姿的生物族群。

生物會利用原有的系統，發展出新的性質，因此後來可能會有更合理的發展方法，但實際上不是，因為演化的發展是隨機的。因此，如果想要理解目前的生物，最好要了解過去生物的演化史。

由以上觀點來整理生物學，讀生物時就不是單純的「背誦」，而是能夠「理解」背後的邏輯。用口訣背誦知識時，有意義的口訣比較容易記住。同樣的，當我們了解到為什麼（Why）會有這些生命現象後，便能比從前更加明白多樣的生物學知識。

簡而言之，現在的生物教科書大多是將一個個生命現象表列出來而已，不大會細談「演化」這個貫串生物界的概念。用這種教科書來學習，自然就沒辦法「理解」到生命現象的理論基礎。

所謂的做學問，是由觀察到的現象建立出一個有系統的理論，進而理解。由此看來，目前的生物教科書雖然提到了許多與生物有關的資訊，卻不能稱做生物「學」。實在令人惋惜。
◇
本書以物理、化學、演化的基本原則為基礎，帶領讀者「理解」生物界中的各種現象。設定的讀者包括了曾認為生物很難、要背誦一堆知識的人，以及現在正在學習生物，覺得內容過於繁雜而苦惱的人。

生物學並非只是一堆必須死記的內容。

它是以物理、化學、演化等原則為基礎，形成的統一現象。因此，理解這些原則，知道為什麼，就能將這些生物學知識深深印在腦海中。

這本書有許多功能，就我而言，特別希望能夠幫到那些正在學習生物學，卻學到想哭的學生們。我以前就是因為體會到如本書所寫的生命現象的原理，才享受到學習生物的快樂。

除了這些學生之外，只要是對生物有興趣的人們，看過本書後一定也能加深對生物學的理解。

前言
生命的一切都有原因
許多人可能有在中學時學過生物，生物教科書會從細胞開始談起，陸續講到生殖與發育、遺傳、刺激與動物反應、體內環境與恆定性、環境與植物反應等主題。書中常可看到「細胞內有許多小小的胞器，每個胞器都有各自特定的功能」之類的細節說明。

乍看之下，每個主題之間似乎沒什麼關聯。考試中會出現「粒線體是細胞內的胞器，請問以下哪個選項是粒線體的功能？」或者是「檸檬酸循環中，會生成多少個氫原子？生成多少個ATP分子？」之類的細節問題。對大多數人來說，若想在考試中得高分，就必須把教科書中的所有內...

前言

Part 1 生物皆有規則：讀懂生物課
生命的誕生為僅此一次的奇蹟
保留下來的是能夠傳承的東西
生物遵循一定的規則
為什麼DNA扭成螺旋狀？
DNA的故事(1)——遺傳資訊的雙重保護
DNA的故事(2)——像階梯一般
DNA的故事(3)——為什麼會形成A—T、G—C的組合
為什麼遺傳物質是DNA？
厲害的酵素——蛋白質的作用
細胞的誕生——自然形成的細胞膜
細胞的結合——葉綠體與粒線體
基因體之戰
製造能量(1)——為什麼酵素需在水中進行反應？
製造能量(2)——為什麼電子傳遞鏈需固定在膜上？

Part 2 想說給別人聽的生物故事
植物為什麼是綠的？
細胞會互相合作
為什麼蜜蜂會互相合作？
器官的分工有道理
你想當哪個器官呢？
超個體的誕生——有效率的集團
沒有智慧的細胞為何能形成組織

Part 3 有趣到睡不著的生物學
頭腦簡單的螞蟻能做出最好的選擇？
腦的運作和螞蟻很像
人和蜜蜂都會感到憂鬱
遺傳——機率與偶然的生物學
什麼是分離比
「性」在生物學中的奧祕
為什麼生物分成雄性與雌性呢？
世代交替的學問
盡力獲取最大利益的雌雄之戰
雌雄不同種的生物
要戰鬥？還是要逃跑？

結語

前言

Part 1 生物皆有規則：讀懂生物課
生命的誕生為僅此一次的奇蹟
保留下來的是能夠傳承的東西
生物遵循一定的規則
為什麼DNA扭成螺旋狀？
DNA的故事(1)——遺傳資訊的雙重保護
DNA的故事(2)——像階梯一般
DNA的故事(3)——為什麼會形成A—T、G—C的組合
為什麼遺傳物質是DNA？
厲害的酵素——蛋白質的作用
細胞的誕生——自然形成的細胞膜
細胞的結合——葉綠體與粒線體
基因體之戰
製造能量(1)——為什麼酵素需在水中進行反應？
製造能量(2)——為什麼電子傳遞鏈需固定在膜上？

Part 2 想說給別人聽的生物故事
...