2014年12月31日

生命現象

國一、高一、大一生物學的第一堂課,內容都是「生命現象」。在你的經驗中,這堂課花了多少時間呢?而身為學生的你,又花了多少時間在思考生命是什麼呢?本篇文章想要挑戰這個篇幅少、難度低的章節,究竟能夠繼續推進到什麼程度。

作者/陳妙嫻(任教板橋高中生物科)

生命的特徵
生命現象,也就是生命的特徵。我們在開始學習生物學前先確立其研究範圍或對象,是十分合理的步驟。這裡所提及的「生命」,是相對於無生命的物質,而不是活和死的對立,因此,探討生命的特徵,同時也在確立無生命沒有的特徵。無論哪個版本的高中課本,都描述生命的特徵是「代謝、生長與發育、感應與運動、繁殖」這四個項目,不過,科學家們是怎麼知道生命有這些特徵的呢?

人們可能是先將各式各樣「他們認為是生命的東西」列舉出來,然後取其中的共通點,進而歸納成四個項目。那麼, 我們不妨試試自己經歷這個思考的過程,看看歸納出來的會不會跟課本的一樣。不過或許你會懷疑——為什麼要自己經過這個過程呢?如果歸納出一樣的結果,那麼為何不一開始就把課本上的背下來就好?如果歸納出不一樣的結果,那考試要怎麼辦呢?這些問題都很好,或許我們可以先存在心中,慢慢體會。

根據筆者的上課經驗,若請學生拋開既往的知識,專心回答一個問題:「列舉出你認為是生命的物體,並且歸納共有的特徵」,結果絕對不只是課本的那四項,答案會像是:生命會吃、會睡、會拉、會呼吸、會交配、會尿尿、會長大、會生殖、會生病、會老、會死、會思考等等。接下來,就要仔細地檢查,這些是否為所有生命都具有的特徵,進行的刪除和保留。此時,我們會檢視這些特徵的定義,例如不是所有生命都具有交配的特徵,因為交配的定義為體內受精的動物在繁殖時,為了精卵結合而進行生殖器配對的行為,而植物傳遞花粉、體外受精的動物,在繁殖時(可能)不涉及交配的過程。那麼,我們便會考慮將交配從生命現象的清單中刪除。有時候,可能只要更改名詞,就可以使該特徵的範圍擴及所有生命,例如我們可以把「會吃」這個特徵改為「需從外界攝取養分」,「會尿尿」改為排泄——也就是將代謝廢物排除。

經過這一番改造之後,我們自己所列的生命清單,看起來依舊跟課本的不大一樣!仔細地觀察我們列出來的生命特徵,和課本上表列的特徵,或許就可以看出一些端倪,例如從外界攝取養分、呼吸和排泄,其實包含在代謝的過程當中。此時,我們就必須去看看課本列舉之生命現象的定義,並且再將我們所列舉的做對照和整合,則能大功告成!

生命永遠有例外!?
我們親自走了一遭科學過程、歸納出課本上的生命現象,看似完滿的結局,其實過程暗藏玄機。前面提及「生命會交配」之所以被刪除,是因為有些生命不具有這個特徵。但是遇到「繁殖」這一關時,我們不也知道—— 不具備繁殖能力的「騾子」,依舊被我們稱為生命嗎?那麼,我們究竟要把繁殖一腳踢出生命現象的大門,還是把騾子逐出生命界呢?

此時,生物老師的名言就會出場:「生物總是有例外!像騾子就是一個『例外』。」也就是說,我們既承認騾子是生命,而繁殖也被保留在生命的特徵當中。

這真是太奇怪了!兩個矛盾的事情擺在一塊,卻要我們接受他是「例外」。那麼我們前面花費那麼大的工夫,自己思考出生命現象,還不如花十分鐘把課本上的定義背一背就算了嗎?

雖然近年來各家高中生命課本的內容,都已經將生命現象「統一」成「代謝、生長和發育、感應和運動、繁殖」這四個項目,不過大學生物學用書或其他科普書籍,對於生命特徵的詮釋則略有出入。如果我們因為「生物老師說了算」而氣惱,決心要讓「課本說了算」,那麼也會踢到鐵板——到底要以誰為師、以誰為本呢?

因此,仔細思考為什麼這些例子何以被歸為例外,才是「正途」。在這些思考的過程當中,我們可以真的理解課本為什麼這樣寫,因此感覺到自己是學習的主體,而不是被動的接受者;將來若我們換了一本教科書,上面對於生命現象的特徵與之前學到的不同,我們也可以運用「思考生命現象的方法」來進行辨證。

從生命面思考後 還要從無生命這一面思考
我們暫且擱置騾子的問題,先一併把其他問題呈現,或許可以思考出一個道理來。

第一段曾經說過,生命現象的另一面就是:非生命則不具有這些特徵。因此,我們必須從非生命的這一面來檢驗。如此一來也會碰到問題:像是汽車這樣的人造物,會吃下汽油當作能量,使得自己能夠跑動,也可以排放出廢氣,看來有「代謝」的特徵;也可以接受鑰匙發動的刺激,在街上跑來跑去,也有「感應與運動」的特徵,在四項特徵中,就佔有兩項,這樣可以稱之為生命嗎?另外,像是悠遊卡、冷氣機可以感應,氣球可以變大,檔案可以複製,石頭破碎可以產生小石頭等,難道都要稱他們為生命了嗎?

遇到這樣的問題,要先從定義去做確認,例如感應的定義是「對外界刺激產生反應」,這麼看來,汽車、悠遊卡或冷氣機等都符合字面上的定義;繁殖的定義是「產生新個體,並將自身的特徵遺傳給後代」,這樣看來,檔案的複製、石頭破碎似乎也符合定義(或許有些人並不同意);而生長的定義包含「細胞的生長和分裂,以及個體的發育」,這麼一來,氣球並不符合成為生命的要件。

回頭檢視生命現象的定義,的確可以刪去某些例子,但仍有某些無生命或人造物無法刪去,此時我們可能發現:「哦!物體需要符合幾乎所有的生命特徵,才能稱之為生命!」像汽車、悠遊卡或檔案的例子,都只具有1~2種生命現象,仍不具備成為生命的條件;而騾子雖然不具有繁殖的特徵,但是牠仍具有其他三項,我們歡迎牠歸於生命的一員。如果這種說法可以成立的話,那麼我們來看看「病毒」這個例子。

病毒是一種病原體,僅由蛋白質外殼和遺傳物質構成,而它的生命特徵——除了可在寄主細胞內繁殖以外,全都闕如。依照我們上面所討論的結論,病毒絕不是生命了吧!但是生物學家將病毒歸於生命和無生命之間。

也就是說,比起汽車或是冷氣這樣的東西,生物學界卻比較承認病毒接近生命一些。也就是說,決定一個物質到底是不是生命,根本與它具有幾項生命特徵,似乎沒有太大的關係。也有人說,因為繁殖是生命中比較重要的特徵,是生命與無生命最大的差別,所以我們不能放過病毒,認為它比較接近生命。既然是這樣的話,那麼生育能力極為低落的騾子,為什麼卻沒有被排除?

這真是太奇怪了,科學家自己確立的生命現象,現在卻又不堪檢驗,就連例外也沒有一個標準,這到底是怎麼回事?

雞生蛋、蛋生雞的矛盾
我們先暫停一下檢驗的工作,而回頭來思考這樣的檢驗到底對不對。在歸納生命現象之前,我們將認為是生命的東西列舉出來,接下來再從這些生命的集合中,歸納出生命現象。那不就是說,我們早就在心中認定哪些生命,而哪些不是了!那麼,又為什麼要歸納出生命現象,用來檢驗生命和無生命的差別呢?

歸納生命的特徵,其實是為人類的認知做出確認。如果我感覺這些物質是生命,而那些是無生命,那麼,想必這些被歸為一類的物質有其共通特徵,是另一類所沒有的。而除了自己確認自己的認知外,還要跟其他人對照,確認其他人是否有跟我有相同的感覺:都覺得世界上的物質可以分為兩類——即生命和無生命。另外,也要確認生命世界中的細項——此時可能會有歧異,例如可能有些人認為水會流動,亦是一種生命;植物因為不會運動、對環境也沒有反應,因此認為它們和石頭一樣,不是生命;也可能有人認為日月星辰、風火地水都是生命。

遇到這樣的歧異,確認每個人對生命特徵的看法就十分重要了,因為這是人們可以互相討論的起點,只憑感覺是無法與人溝通的。每個人必須先自行歸納生命的特徵,然後根據這些特徵來做討論,看是要保留、還是要刪去。甚至就如我們在課堂上所做的,把許多細項用一個更廣泛的語言來概括,這個過程中,我們也必須持續地確認各項名詞的定義,盡可能地達成共識。這就是科學知識形成的過程,這樣的過程是動態的,也就是說,科學知識會隨著時間而改變。

還有一件有趣的事情:我們就算騾子不能繁殖,還不肯放棄牠是生命;就算汽車符合代謝和感應,我們依舊拒絕它加入生命世界,這到底是一種天生的本能(我們的認知結構自然會這樣區分),還是後天教育教給我們的呢?比較能確定的是,目前我們認為大象、魚、變形蟲、細菌、香菇和菩提樹是生命,而汽車、冷氣、石頭、太陽不是,應該是教育的結果(無論是正規或是非正規教育,例如說父母從小的教導、電視節目的影響)。過去的人們曾經對自己經驗到的生命加以探索,並與其他人確認、討論和達成共識。這些知識藉由教育的方式,對後人形塑了「集體的意識」,使得人們獲得共同的想法。教育的結果甚至決定了——就算我們自己列出生命並歸納其特徵,也可能獲得與課本非常相近的結果。若我們想設法跳脫這種集體意識,唯一的辦法就是思考與反駁。

不過上述現象,仍無法反駁區分生命或無生命是一種先天的本能。當我們追本溯源到一開始思考這個問題的這群人、當區分生命的概念從無生有之時,我們必定具備某種先天的能力,而這個先天的能力將使我們創造生命和非生命的概念。我不敢說這個能力就是「區分生命的能力」,但有可能是某種分類的能力,使得我們從這個先天的結構上出發,進而推論並獲得概念。

生命是什麼?
繞了這麼久,讓我們回到那幾個被稱為例外的例子,來看看到底生命是什麼。 事實上,我們也會發現各項生命現象的定義,似乎也沒有真的將生命描繪出來,無論那是先天能力或後天教育。我們似乎應該直接回答「生命是什麼」,而非只是歸納生命的特徵才能真正解決這些問題。那麼,要描繪一個不同於無生命或人造物的生命,應該可以從熱力學第二定律、遺傳程式方向思考。若往這個角度來看待汽車、騾子和病毒的例子,我們就可能將汽車排除在生命之外、騾子理所當然地歸於生命的範圍內,而病毒這個小東西相較於汽車而言,更接近生命了!

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