談生物學的學習

談生物學的學習 by microball

　「生物學」，做為一門整體的學門，其中生命現象的一致性與多樣性，以及多樣的一致性與一致的多樣性，是生物學家永遠的研究課題。生物學的上百個領域各有研究的主題，但是生命現象的共同特質，造就了一個不可分割的學門。

　其中，生命現象的一致性至少可以從幾個特質看出：生物單元的自我複製特性、生物單元在非平衡態下展現的穩定狀態、以及生物單元互動建構高層級單元的特殊性質。另一方面，生物的多樣性，就是在以上的限制中，在真實世界所繁衍出的各種生物形式，也清楚說明了生物系統的存在有多麼龐大的可能性。

　到今天為止，生物學家擁有明確的共識，那就是我們對生物學所知的非常有限。當我們發現更多，越理解到：我們了解的其實很少。 生物系統的一致性，擁有其他領域缺少的神奇性質，也就是千年來人們所崇拜的生命現象。生物系統的多樣性，構築出前所未有的複雜系統，讓現今數學界也無法看透。但是我們確定的是：這一致性與多樣性是生物系統的一體兩面，看似相左的特質，卻必須在終極的生物理論被整合統一。這就是生物學要面對的長遠目標。

　對於尚未建立的生物理論，我們這一代之後的生物學家必須投入更多的心力，去研究生物學的一致性。從人類文明以來的知識，和數百年有系統的科學研究，已經為生物學奠定龐大的基礎；無論是在實驗技術、局部觀念或是各層級生物單元的事實紀錄，都把生物學推到一個轉變的前夕。二十一世紀初，新的研究方法漸漸出現，而新的研究觀念卻遠遠跑在研究方法之前。在實驗學家付出長時間心力耕耘廣大的領土時，理論學家開始從數學、資訊、物理化學和生物領域出現，嘗試統合這個龐大的學門。

　做為躬逢其盛的生物人，除了投入廣大的耕耘行列，也應該有人去把生物的觀念闡明並表述，在理論方面有所貢獻。這一切的夢想，都從基本的生物學習開始。

　相對於整體的生物學，每個人各自的研究領域往往要小得多，也因此生物學的教育通常希望學生在一定程度後，開始專精某個領域，並希望學生將來在該領域進行更多研究，帶來更多的發現。但是另一方面，做為一個整體的學門，生物學不同的領域幾百年來一直都在互相整合，像是胚胎學-遺傳學-分子生物學的整合造就了發育生物學、演化-生態-行為學的整合造就了行為生態學：新的學門擁有更廣的視野，也擁有更深的認知。在可以預見的將來，生物學會做一個最終的整合，讓所有學門很堅實的互相連結，也能夠用一致性的理論清楚說明多樣性的生命現象。

　生物學的學習，擁有許多的面向：有觀念與細節之分，也有理論與實驗之分。我想把生物學的學習分成三個部分，這三個部分是有層次關係的，但是卻沒有先後優劣。做為終身學習的生物人，時時思考自己的學習狀況，可有更有效的進步吧！

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　生物學學習(研究)的第一部分：簡單的說，是了解生物單元的基本性質。生物系統是由很多單元組成的，這些單元的性質，在和其他單元間的互動展現出來。我們了解一個蛋白有哪些domain，會與其他哪些蛋白結合，就是了解這個單元(蛋白)的性質。我們了解神經元之間的促進與抑制，會與哪些神經連結，就是了解這個單元的性質。我們觀察一種生物的行為，他的取食、求偶、與其他個體的互動，也是了解這個單元的性質。生物學的第一部分，在研究上，也許是永遠要進行下去的，因為還有太多太多的生物，在細胞、組織、個體、群集不同層級擁有各自多樣的性質。

　當我們在學習生物時，這些性質往往是用背誦的方式教導我們，就像一種常識(common sense)、事實(fact)，本身存在而且毋需多加解釋。當我們想要專精於某個領域時，自然也要對於該領域擁有博學的認知，才能進一步的進行比較、分類、歸納並做出研究的結論。


　生物學學習(研究)的第二部分：是對單一領域的觀念深入。我們的電腦資料庫可以紀錄上萬種蛋白的資料、幾百萬種物種的檢索方式，但是卻無法進行更多獨立的研究──因為電腦對於這些事實缺少觀念上的理解。

　生命單元的基本性質，會在互動中，產生比本身性質更多的意義。電腦可以從電子密度計算出actin分子會聚合成長鏈狀，但是這種長鏈狀在細胞運作上的意義，就屬於第二部分的知識，這是要從細胞整體的觀點去分析，而非單純低層級的互動。我們可以記錄每個神經元的衝動，和其他神經衝動的相關，但是這群神經衝動在生理的意義，究竟是控制一個行為、日週期、或是激素分泌，需要對許多神經元連結關係的理解與分析，也就是第二部分的知識。我們可以紀錄每個個體在遭遇其他各體時表現的行為，但是當整群生物共同生存時，群體會不會出現位階與領導者，會不會共同遷徙或產生分工行為，就需要對整個群體互動做不同種個體所佔比例、影響力的分析，也就是第二部分的知識。

　當我們在學校學習生物時，這些第二部分的學習並不常出現在一般考題中。但是口試的題目、研究的主題，卻常常需要運用這些觀念與分析的分法做為基礎。一個好的研究者能夠，在看似全盤透明、問題有限的領域，設計開創性的實驗、做出別人沒想過的分析與結論，就是因為第二部分的功力夠深，使得一個研究者可以洞察一般人沒有注意到的現象。

　生物學學習(研究)的第三部分：是對生物系統的基本性質做探討，整合不同的學門。做為一個生命系統，不管是細胞、個體、族群的單元，都面對廣義的生長、自我複製、死亡的問題。如何在一個動態的系統呈現正常的生命現象；如何從低層級的互動解釋高層級的生命現象，必須對生物系統有深入的了解──需要的是第一部分知識的定量、第二部分知識中提出的局部模型，以及第三部分真正抽象的理論。

　今天的學校很少有機會給於這麼整體又凝聚的知識，而研究領域的成果也相對稀少。想要對生物系統整體做出描述的生物學家，必須擁有第三部分的知識。

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　我要強調的是：這三部分的生物學知識沒有優劣或重要性之分。他們所以被分為三個部分，是科學研究活動發展的結果。做為一般的制式的操作型研究人員，也許懂得第一部分的知識就夠了。對於在各個領域力求突破、整合的研究人員，不僅要有第一部分的知識，也要有第二部分的實力，才能具體的掌握這個領域，並且嚴謹的進行各種假設的驗證。對於核心的理論生物學家，從第一部分、第二部分、第三部分的知識都是需要的，才能遊刃有餘的面對複雜的生物系統，把捉摸不定的神奇性質化為實際的抽象觀念。

　把生物學知識分成三個部分，另一方面也暗示我們學習的順序。要具有一定的第一部分基礎，對於各個單元的性質足夠理解，才能在第二部分的思考空間有足夠的具體物件(就像我們要對細胞中各種重要的分子熟悉，才可能去理解生化代謝途徑的互動與調節)。要了解第二部分各個領域的局部特性，類比不同層級的一致性與多樣性，才能洞察第三部分的抽象觀念，進行整合性的理論研究。(就像我們要對不同層級的物件，從細胞、個體、族群間各自的模型理解，才會發現他們之所以成為生命的共同方式)。

　然而，並不是進入了第二部分、第三部分的學習，就代表第一部分、第二部分的知識不需要再加強。擁有越完整的基礎與事實的累積，必定給予理論推導更穩固的基石。當第一部分出現局部模型無法解釋的事實，可以刺激我們去做出更完整的模型；當第二部分上百個領域的多樣性無法被第三部分的一致性所描述時，我們就會了解生物系統比我們想像的更深奧、擁有更多可能。

　最後，做為一個學生，如何提升自己的能力呢？

　所有的知識都是從回答問題中得來的，而理論也不過是一個簡潔的回答問題的方式而已。當我們在思考時，提出的問題可能是針對第一部分的細節、第二部分的結構、或是針對第三部分的抽象觀念。思考不同種的問題，並尋求答案，不管是查資料、做實驗、或是做理論推導與討論，都可以提升我們對這三個部分知識的認識吧！ 對於一個走研究的大學生來說，未來想走的領域可能需要不同比例的、這三部分的知識；那麼我們就應該好好的加強自己，多問問題，多找答案。這就是研究熱誠吧！

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microball 學長的事蹟高中時即有所聞
近日在種種因緣下終於首次拜讀了幾篇他寫的文章
唉！相見恨晚是也！完全是God等級的人物！