生物學研究：研究什麼？如何研究？理解了什麼？

生物學是一門分枝龐蔓的學問，小至胞器與大到整個生態系都可以是生物學的研究標的，而其研究工具的多樣性與使用時所牽涉到的數理工程原理，也是龐大又複雜；在研究對象與研究工具皆龐雜到難以全盤掌握的狀況下，生物學於大眾的印象中，甚或是生物學研究工作者的眼中，就是零碎片段知識的集合。但在體系龐大的生物學中，是否仍有像通則性的想法貫穿於不同生物學的研究中？這是本書所要探討的問題。作者先從生物學如何界定研究標的談起，並從這些標的之特性與研究時所使用的工具之效能出發，說明生物學在因果關係與機制推理上所遇到的限制，再以此為基礎，思考我們對於生命歷程的解析能力，在客觀上所遇到的發展極限，以及面對此極限的應對之道。

蔡孟利
國立臺灣大學動物學博士，現為國立宜蘭大學生物機電工程學系專任教授，曾任國內歷史最悠久的科普刊物《科學月刊》總編輯，現亦兼任台北市科學出版事業基金會理事長。學術專長為神經生理學，曾獲宜蘭大學研究績優獎、特優導師、特聘教授等榮銜。除學術著作外，亦已出版《死了一個研究生以後》、《我腦袋裡有實驗室的病毒，嗎？》、《倫‧不倫，愛之外的其他》、《就在那時：情，與江湖》等四本文學小說，以及詩集《宅男之思》、《學院式的無聊日常》兩冊；並在多家大眾傳播媒體發表評論文章，就學術倫理、期刊品質、科普傳播等相關學術議題，用通俗的筆觸將專業的內容作普及化的表達以周知社會大眾，善盡知識份子的社會責任。

生命科學的哲學家
從近代科學萌芽開始，科學家以一種追尋「我們是誰，要往哪裡去」的哲學心態，狂熱的探索這個世界，從達文西到楊格這些科學先驅，他們以博物學家的身份，對所有事物都充滿好奇並廣泛研究。隨著科學的進展，科學研究者的身分也從博物學家，開散成化學家，數學家，生物學家等地劃分領域；近一百年間又更進一步，像生物學門還再細分為各種分支，如生化、生理、免疫等。經過數百年的發展，科學社群已形成了明顯的區隔，例如我是個免疫學家，但只專精於感染免疫學，更仔細地說，真的懂得就是一兩種感染疾病以及相對應的免疫機制，也常與其他領域的免疫學同好互相開玩笑對方不懂免疫學；現代科學家某種程度已經變成一種高度專業的技術人員，「博士」冠在現代科學家身上，已經與字義相去甚遠。
生命科學的研究者，因對生命的多樣性與生老病死的奧祕充滿好奇而投入研究，然而數十年過去了，我們常發現自己深陷在一兩個訊號傳遞路徑的研究中，遠離了「了解生命」的初衷。生物醫學，真的是理論複雜而知識瑣碎的一個學門，答案往往都不直觀，找到少少的原則也永遠有例外，每每都羨慕那些數學與物理的同行，在他們的學門裡，一條方程式可以描述一個宇宙中的真理。
研究上遇到困難時，有時候我會想，這些現象看起來沒有道理，但是以演化的角度來看，存在必定有其合理之處，那這個生理現象為什麼需要存在？也就得退到最初的起點，重新思考生命體的存在；從最初的起點出發，揣摩生物體在這世界中與周遭環境如何互動。這並不容易，對一個每天在實驗室奮戰的生物學研究者來說，需要寬闊的視野和豐富的知識儲備量，但這能夠幫助我們避免陷溺於科學研究的細節中，並了悟這些突破對我們理解生命科學和人類醫學的重要性。
在這本書中，作者一開始就以視覺為例，示範了如何利用演化，從分子到個體的角度來看待一個看似直觀的生理問題。這能展現出一個廣泛而深刻的視角，讓我們得以窺見生命的奧祕和原理；這樣的視野可以確保我們在進行生物或醫學的科學研究時，能夠隨時保有整體價值的思考邏輯，避免只見一樹而失視整片森林。而且，我們能夠在每一個研究計畫中提出最核心的問題，給出最精妙實用的答案，從而做出真正的突破。
然而要能寫出這樣的一本書很不容易，除了有足夠的科學涵養與強大的邏輯哲學思考之外，更重要的，作者得在忙碌的學術研究工作中，還懷有把學術成果和邏輯轉化為文字的熱忱。現代學者通常不願意寫科普書籍，原因很簡單，他們認為與其花時間寫書，不如多寫一兩個研究計畫，多發表一兩篇論文，提早升等。當他們升等後，雄心壯志也消逝了。
認識孟利學長已經是上世紀的事情了，當我還在大學時，常常看到他在系學會留言本上留下關於科學，邏輯和生活的深思熟慮。這些記憶不僅是我，也是90 年代台大動物系學生們共同的記憶吧。印象最深的，就是他從站在壘球比賽的外野手開始，講述實驗室的生活以及他對生命科學的思考，說實話那時候不懂，身為同樣壘球的愛好者，我想到的是你這不就是在比賽中發呆嗎！小心被球打到。一轉眼在臉書上再次與學長連絡上，他已經是教授，主任，科普作家，還是《科學月刊》的總編輯。在台灣大學學術不端事件中，學長身先士卒，以《科學月刊》總編輯的身分，對抗台灣學術界的陳腐與息事寧人的陋習。驚滔駭浪中，學長挺身而出為學術倫理奮戰，不顧許多學者在當下都選擇當鴕鳥以看唐吉軻德的態度看著他，這就是他的情懷，一種覺得為所應為的浪漫。
更令人佩服的，面對眾多打擊他硬扛了下來，成功的讓台灣學術界正視學術造假與不端的問題。從科普雜誌的總編輯、學術不端事件的評論者，到現在這本科學哲學的著作，雖然看似不相關，但是我從中看到的都是一個現代科學騎士的浪漫，為所應為的勇氣。因為工作，認識很多優秀的同行，文無第一，以專業學問與學識廣博而論，高手很多，但是要提到豐厚的哲學思維、人文素養、社會服務、與為所應為的浪漫與勇氣，那就只能一生伏首拜孟利。
這本書你可以把它當成科普書籍來看，裡面有很多有趣的思考；可以當成教科書來看，裡面有嚴謹的討論與紮實的資料；也可以當作哲學書籍來看，看看作者想大一統生物理論，為讀者理出一條核心脈絡。這本書的視野很宏大，不是太輕鬆可以讀得懂，但是如果你真的想成為一個大學問家，在有限的人生中盡量理解生命科學的奧秘，當一個頂尖的科學研究者提出大哉問的問題與解答，這本書你都應該看。

目錄
序言集
第零章 從視網膜談起
第一章 生物學研究的標的―以功能所對應的結構，模組化生命現象
第二章 生物學研究的工具―看得到「真相」嗎？
第三章 生物學的推理―以箭頭代表機制的流程化思考
第四章 生物學的預測能力―箭頭兩端沒有絕對的因果
第五章 綜覽生命―完整的生命歷程是可解析的嗎？
後　記

第一章 生物學研究的標的―以功能所對應的結構，模組化生命現象
生物學研究的對象是生物， 但， 什麼叫做「生物
（organism）」？簡單來說，就是能表現出生命（life）現象的東
西。但什麼是生命現象呢？這是一個乍聽之下簡單但認真說起來
非常困難的事情。因為「生命」在日常生活中是個主觀而且直覺
的概念―一個木頭櫃子沒有生命，但是戶外的樹有生命；一個
毛茸茸的貓形抱枕沒有生命，但正在吃著飼料的貓有生命―這
樣的辨識對絕大部分的人來說，都是不需要思索就能夠自然判斷
的事情，而且幾乎每個人的判斷都一致；但是如果對象是只能透
過顯微鏡才看得到的細菌跟黴菌，那麼每個人的直覺可能就會有
不少差異了。所以，若是要讓生物學成為一種客觀的學問，讓每
個人都可以在具有共識的基礎上去討論，那我們還是得嘗試從這
些很直覺、很主觀的判斷中去找出某些共通的原則。
我們對於生命的認知，源起於日常對實體外表變化以及
活動形式的觀察， 是以生物學的重心一開始就落在「構形
（conformation）」與「組成（composition）」這些結構（structure）
的概念上19，諸如外表有什麼特徵、體內有什麼長相的器官、
器官由什麼樣的細胞組合、細胞內又含有哪些物質；藉由觀察
這些構形與組成隨著時間而變化的樣貌，通常可以推測出各級
結構和功能之間的關係。但是「功能（function）」也是一種
很發散的概念，如果要聚焦一些來說，「生長（growth）」、
「代謝（metabolism）」、「繁殖（reproduction）」以及「感應
（responsiveness）」這幾個現象，可以用來當作跟生命最相關的
四種「功能」。亦即當我們嘗試從一些很直覺、很主觀的判斷中
去尋找「只要是生物，就都會有」的共通性原則時，那麼以能不
能表現出「生長」、「代謝」、「繁殖」以及「感應」這些功能
來當依據，對大多數人來說，應該算是可以接受的說法。
不過，這些「功能」能不能直接就拿來當作是「生命」的定
義呢？
如果是以這些「功能」有否皆出現來當作定義，那麼這四個
要件若是有一個不符合，依定義來說就不是有生命的東西了。不
過若是四個裡面已經有了三個，卻說它不是生物，好像又怪怪
的，畢竟這些現象是從主觀的直覺中歸納出來的；既然主觀，就
可能有不完備的地方。例如，這四項之間有沒有誰比誰較重要的
排行順序？「繁殖」有沒有比「感應」重要？好像有，畢竟不能
產生後代的話，生命就無法衍生下去；但「感應」對當下能不能
活下去卻又至關重要，如果看不到、摸不到也聞不到，就那無法
找到食物了。由於誰比誰重要很難說清楚，所以我們會看到一種
曖昧的、模糊的說法：「介於生命跟無生命之間」，表面上看起
來有，但實際上又不是那麼一回事。例如病毒，就是一種被認為
是介於有生命跟無生命之間的東西20；又例如狂牛病的病原體是
一種叫「普恩蛋白（prion）」的東西，這種普恩蛋白表象上好像
是活的，會繁殖散佈出去，但實際上四項標準都不符合，所以好
像也可以套用「介於生命跟無生命之間」的說法21。不過因為病
毒與普恩蛋白在貌似「繁殖」的過程中，新生成的個體與舊個體
之間一直都是分開獨立的，亦即新個體的結構並非從舊個體之內
的結構衍生而來，所以在實務上還是歸類到「無生命」的那端比
較適合。