生物学的研究最基本的问题课件.ppt

1、生物學研究最基本的問題1楊倍昌 微生物暨免疫學研究所課程目標(沒那麼容易！勉強而為之)2以方法學取代情感/喟嘆 改變觀看/解釋自然世界的方式了解生物科學思維方法的特徵知識要能回應在地社會的問題3嘆息只是束手無策的一種病徵！4http:/ 麥庫林不合理的行為（Unreasonable Behavior）注意看2:33的畫面現代社會並不缺同情Don McCullin has produced the most unwatchable pictures of our time.5李白的牢騷？或是感慨？6除了感慨之外，李白還能做什麼?你在大學的這堂課裡該學什麼?p知識：知識：1.1.生物的物質基礎生物

2、的物質基礎2.2.判斷的基礎：對照組判斷的基礎：對照組p態度：態度：1.1.知識的社會性知識的社會性2.2.預防知識霸權預防知識霸權7由0開始之一描述 vs 解釋8觀點會決定人的作為:以現代生物科學知識為基礎的論述你問了什麼問題？What is life?生命是什麼生命是什麼?人生是什麼人生是什麼?什麼是生活什麼是生活?生物是什麼生物是什麼?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,1999.9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

3、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 停留在高中程度的答覆停留在高中程度的答覆或者：另外一種的說法牛頓科學研習百科,生命,牛頓出版公司,199310生長(長高,長壯)運動(體能活動)形態(固定的形狀)遺傳(生出下一代)感應(對刺激反應)代謝(食物在體內轉換能量)停留在高中程度的答覆停留在高中程度的答覆What is life?11The behavior of single molecules is unpredictable;only the behavior of large numbers is predictable.1948:

4、45 reviews 1979:120 references;65 reviewsWe are faced with a mechanism entirely different from the probabilistic ones of physics中文本：生命是什麼中文本：生命是什麼?貓頭鷹出版社，貓頭鷹出版社，(2000)網路本：網路本：http:/www.oursci.org/lib/whatislife/index.htmLudwig Boltzmann,1844-1906Erwin Schrdinger(1887-1961)中國傳統很不熟悉的提問方式：在一個生命有機體的空間範圍

5、內，在一個生命有機體的空間範圍內，在在空間上和時間空間上和時間上發生的事件，如上發生的事件，如何用何用物理學和化學物理學和化學來解釋。來解釋。-What is life 薛丁格薛丁格(Erwin Schrdinger,1887 1961)生命科學的特性是什麼？12你能否跨越Erwin Schrdinger 的提問方式及廣度？13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？生物生物 從哪裡來？從哪裡來？生物生物 的組成是什麼？的組成是什麼？生物

6、生物 如何運作？如何運作？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？)14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。九頭蛇相繇九頭蛇相繇(音堯音堯)戰神蚩尤戰神蚩尤 山海經:http:/staff.whsh.tc.edu.tw/huanyin/sanhai.php15由0開始之二科學是一種述說的學問！Max Born(1

7、882-1970，l954 諾貝爾獎得主)物理方程式所代表的，不見得是經驗上熟悉、可信的事物，但它們都是從經驗抽象化而來，且不斷以實驗加以驗證的。另一方面，物理學家所用的實驗儀器，都是用一般所知的材料製成，可以用日常的語言描述。實驗的結果也都 同樣可以描述(並加以解釋)。如果輕言放棄這些解釋，勢必麻痺研究的根源-直覺(基於直覺的概念去描述那些抽象方程式的內容)，一定會使科學家間的溝通發生困難。in:Symbol and Reality 16文心雕龍17劉勰 南朝梁 操千曲而後曉聲，觀千劍而後識器。一卷：原道、徵聖、宗經、正緯、辯騷二卷：明詩、樂府、詮賦、頌讚、祝盟三卷：銘箴、誄碑、哀弔、雜文、

8、諧讔四卷：史傳、諸子、論説、詔策、檄移五卷：封禪、章表、奏啟、議對、書記六卷：神思、體性、風骨、通變、定勢七卷：情采、鎔裁、聲律、章句、麗辭八卷：比興、夸飾、事類、練字、隱秀九卷：指瑕、養氣、附會、總術、時序十卷：物色、才略、知音、程器、序志如果不解說，如何了解解音樂家的心靈？18Mendelssohn Piano Trio No 1https:/ 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美美只能有只能有感性

9、感性的、不可述說的性格嗎？的、不可述說的性格嗎？那些用詞可能用來說明美的感覺？21精緻()總體()廣闊()樸實()壯闊()和諧()新奇()簡潔()幽雅()寧靜()瑰麗()巧妙()投票？立場不同觀點也會不同22三個物理學實驗與三個生物學實驗三個物理學實驗23牛頓：三菱鏡 傅科：傅科擺 拉托塞尼斯：測量地球周長 克理斯(Robert P.Crease)：史上最美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。光是什麼？24IMGhttp:/.tw/forum/gallery/images/19107/medium/1_%E6%97%A5

10、%E5%87%BA24.jpg/IMG光是複合體，五彩繽紛並非是光的染色25http:/zh.wikipedia.org/zh-hk/File:Prism_rainbow_schema.png牛頓的一段道德說明牛頓的一段道德說明：不必做那麼多種，只要做關鍵實驗關鍵實驗就好了。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。天動還是地在動？26三百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?)27PANTHE

11、ON http:/ Foucault）天動還是地在動？28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地球有多大？2930Eratosthenes 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。怎麼知道地球是圓球？天圓地方的另一種想法31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)美的知覺在哪裡？3

12、2打破了直觀、無法驗證的理性33 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。物理學家的論述方式：兩個層次34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。這些物理學實驗的美的特徵是什麼？35深度效能明確性總體廣闊樸實壯闊三菱鏡

13、傅科擺 地球周長+-+-+-+-+-+-Note by BC(解析之美解析之美)(展示之美展示之美)(推論之美推論之美)生物學跟數學、物理學不同。生物，先天的特殊性，可以分成兩個層面：l生物的構成：DNA藍圖、可變化的結構原料、細胞為最小自主單元。l動態的生命現象：目的性、主動性、反饋、維度差異性。對應於這些特性，生物學的知識多半是以設定的環境為範疇，強調工作流程與合目的性。36這樣的知識結構跟物理學有什麼不同？37模擬 vs 操控三個生物學實驗38鵝頸瓶(展示之美)豌豆遺傳實驗(秩序之美)雙螺旋(推論之美)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

14、。巴斯德與鵝頸瓶：自生論的最後一擊39Louis Pasteur，18221895 (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.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？40Francesco Redi(1626 1697)http

15、:/ihm.nlm.nih.gov/images/B21503Esperienze intorno alla generazione degl Insetti(p.187)where Francesco Redi published a description of the experiment in 1668.Redi 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

16、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.htmlpc.maricopa.edu41鵝頸瓶：最巧妙的對照組42 豌豆遺傳實驗:孟德爾問了什麼問題？生物界最完美而抽象的數學式！43 1866年發表，1900年重新被發現。a2+2ab+b2孟德爾的老師孟德爾的老師Franz Unger維也納大學維也納大學44就是這樣做ht

17、tp:/ 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。46豌豆遺傳實驗之美是出於其豌豆遺傳實驗之美是出於其:1.虛擬概念具有非常精準的解析性。虛擬概念具有非常精準的解析性。2.透過數量來凝固五花八門的現象，從而由混沌釐出規律，透過數量來凝固五花八門的現象，從而由混沌釐出規律，顯出顯出無以倫比的秩序之美無以倫比的秩序之美。這項以概念主導觀察的實驗這項以概念主導觀察的實驗指引我們注意群組的意義指引我們注意群組的意義，它拓，它拓展了我們的視界、提供新的方法來描述感官的觀察。展了我們的視界、提供新的方法來描述感官的觀察。(由質由質到量，從有無到多寡到量，從有無到多寡)46楊倍昌(201

18、0)由生物實驗的設計來發現孟德爾定律的發現。(Reconsider Mendels principle of heredity based on the logic of experiment design)科技、醫療與社會，第十期：193-222頁。Boltzmann以來的傳統以來的傳統47觀看生命的結構雙螺旋(推論之美)47華生和克里克提議了幾個需要解答的問題：很明顯地有許多事情仍待發現，才可能說清楚基因複製的樣貌。例如：多核苷酸的前驅物是什麼？什麼東西能讓這對核酸鏈鬆開而分離？蛋白質的確切作用是什麼？染色體是一對去氧核糖核酸長鏈，或是由核酸與蛋白質所形成的串珠所組成？說服的力量：模型是否

19、能解釋分子特性、推測新的生物功能。Watson JD.&Crick FHC.1953,Genetical Implications of the structure of Deoxyribonucleic Acid.Nature 171,964-967.48預測與工程的年代：改變物的本質掌控生命1955基因是突變點Benzer carried out fine-structure genetic mapping and concluded that a gene has many mutable sites1961定義操縱子、信使RNAJacob&Monod proposed the oper

20、on hypothesis and postulated the function of messenger RNA1965遺傳密碼Nirenberg,Khorana,&Ochoa identified the genetic code words for the amino acid1970致癌基因Martin discovered first oncogene Src1970反轉錄酶Baltimore&Temin discovered reverse transcriptase in retroviruses(RNA-dependent DNA polymerase)1985人類基因體計畫Human genome project initiated49楊倍昌，2018變遷：生醫實驗室的知識拼圖這些生物學實驗之美的特徵是什麼？50深度效能明確性總體廣闊樸實壯闊鵝頸瓶 豌豆實驗 雙螺旋+-+-+-+-Note by BC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。51