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從歷史角度切入 250則趣味生物百科

【每週讀好書】
文 / 一流人    
2016-12-15
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從歷史角度切入 250則趣味生物百科
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本週推薦好書:《生物之書》/作者:麥可 ● 傑拉德、葛羅莉亞 ● 傑拉德/時報出版

 

書籍介紹:

生物學知識入門最佳讀物 從生命的起源到遺傳學

250則趣味故事 + 詳解歷史 + 精采圖片 從閱讀中學習生物百科

在文字出現之前,當人類意識到生物與無生物之間的差別時,老祖宗已「寫」下生物史的第一頁。

為何動物有利他行為?

為何心臟會跳動?

最小微生物和最大哺乳動物有什麼共通之處?

跟著作者從歷史的角度,解釋各種發現或觀念對於生物學的重要性,並強調這些發現對研究人員及當代人的思維影響。從西元前40億年生命的起源,追溯到現代,探究生物史上250個重要又有趣的里程碑!

全書橫跨多元主題,有農業、動物遷徙、天擇、先天與後天、病菌說、全球暖化、益生菌、膽固醇代謝和人類基因體計畫;同時介紹關鍵的科學家和具影響力的重要人物,包括亞里斯多德、哈維、達爾文、達文西。用易讀、易懂的撰寫角度,提供新的資訊與洞見給喜歡科學和生物的讀者!

 

書摘搶先看:

西元1489

李奧納多的人體解剖圖

加倫(Galen,約130~200年)

李奧納多 ● 達文西(Leonardo da Vinci,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

聽覺

貝倫加利奧 ●  ● 卡皮(Berengario Da Carpi,1460~1530年)

穀力奧 ● 卡薩瑞(Giulio Casserio,1552~1616年)

亨利奇 ● 林內(Heinrich Rinne,1819~1868年)

赫曼 ●  ● 亥姆霍茲(Hermann von Helmholtz,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 ●  ● 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 ●  ● 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

維薩里《人體的構造》

加倫(Galen,約130~200年)

 ● 史蒂芬 ●  ● 科卡(Jan Stephen van Carlcar,1499~1546年)

安德雷亞斯 ● 維薩里(Andreas Vesalius,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(University of Padua)。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(Barbary ape)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 ●  ● 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(Ionian Sea)遭遇船難,溺水身亡。

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西元1611

菸草

約翰 ● 羅爾夫(John Rolfe,1585~1622年)

詹姆斯 ● 邦沙克(James Bonsack,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(Surgeon General)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(preventable death)。

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

新陳代謝

桑托里奧 ● 桑克托里奧斯(Santorio Sanctorius,1561~1636年)

漢斯 ● 克雷伯斯(Hans Krebs,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(medical thermometer)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》(Ars de static medicina),書中描述史上第一個對照實驗(controlled experiment),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」(insensible perspirtion)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(anabolic reaction)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(catabolic reaction)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(urea cycle),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(citric acid cycle,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

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(Leonardo da Vinci,1452~1519年)

威廉 ● 哈維(William Harvey,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

淋巴系統

托馬斯 ● 巴托林(Thomas Bartholin,1616~1680年)

老奧洛夫 ● 盧貝克(Olauf Rudbeck the Elder,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(thoracic duct),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(Queen Christina of Sweden)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」(Adamic language),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

血球

安東尼 ●  ● 雷文霍克(Antonie van Leeuwenhoek,1632~1723年)

 ● 史旺莫登(Jan Swammerdam,1637~1680年)

加伯利歐 ● 安德羅(Gabriel Andral,1797~1876年)

阿爾弗雷德 ● 鄧恩(Alfred Donné,1801~1878年)

保爾 ● 艾爾利希(Paul Ehrlich,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年創造出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 ●  ● 雷文霍克繪出血球的大小和形狀。但了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

精子

安東尼 ●  ● 雷文霍克(Antonie van Leeuwenhoek,1632~1723年)

拉扎羅 ● 斯帕拉捷(Lazzaro Spallanzani,1729~1799年)

奧斯卡 ● 赫特維希(Oscar Hertwig,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 ●  ● 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(preformation theory),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。

── 摘自《生物之書》

(圖片提供:時報出版;瞭解更多本書,請上時報出版官網查詢。)

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