得獎紀錄

文化部第46次中小學生優良課外讀物推介「自然科普類」

規格

裝訂: 平裝

尺寸:21 x 15 x 1.80 Cm

頁數:296頁

各界推薦

★專文推薦

周成功｜陽明交通大學生命科學系退休教授

徐明達｜陽明交通大學生化與分子生物研究所榮譽退休教授

黃達夫｜和信治癌中心醫院院長

 

★各界好評＆校園推薦（按姓名筆劃排序）

于宏燦｜臺灣大學生命科學系教授

朱慶琪｜中央大學物理系教授（*老師今年一月辭去科教中心主任職）

李國偉｜中央研究院數學研究所退休研究人員

李家維｜清華大學分子與細胞生物研究所特聘教授

李松濤｜臺中教育大學科學教育與應用學系教授兼系主任、科教中心主任

林奇宏｜陽明交通大學校長

胡維平｜中正大學化學暨生物化學系教授兼通識中心主任

洪振方｜高雄師範大學理學院院長暨科學教育研究所教授

高閬仙｜陽明交通大學生命科學系暨基因體科學研究所教授

孫以瀚｜國家衛生研究院分子與基因醫學研究所合聘特聘研究員兼所長

孫譽真｜北一女中生物科教師

張俊彥｜臺灣師範大學師大講座教授、科學教育中心主任

陳芳明｜政治大學台灣文學研究所講座教授

曹玉婷｜臺大醫院北護分院主治醫師

曾志朗｜中央研究院院士

黃貞祥｜清華大學生命科學系暨分子與細胞生物研究所助理教授

蔡俊彥｜中山大學博雅教育中心教授兼基礎教育中心主任

蔡任圃｜北一女中生物科教師

鍾明怡｜臺北榮民總醫院醫學研究部副研究員、陽明交通大學生命科學系暨基因體科學研究所副教授

戴明鳳｜清華大學物理系教授兼跨領域科學教育中心主任

顏聖紘｜中山大學生命科學系副教授

作者介紹

陳文盛

陽明大學榮譽退休教授，教育部終身國家講座。

桃園人，從小喜歡文學、藝術和科學，

獻身科學研究與教育，以文學和藝術為業餘活動。

東海大學生物系學士，

美國德州大學達拉斯分校分子生物學博士，

曾任職汎球藥理研究所，陽明大學遺傳所及生命科學系。

1998年出版自傳《線索：一位本土科學家的心路歷程》。

《速寫台北》網路社團的共同發起人，

喜歡和畫友們一起寫生分享。

最崇拜的偶像是兔寶寶。

  

《孟德爾之夢》粉絲專頁

https://www.facebook.com/mendels.dream

內容簡介

全面透視遺傳學發展的里程碑

從古典遺傳學到分子遺傳學，從科學家的思考轉折到人性互動。

孟德爾早已預言：我的時代將會來臨！

完整而全面的遺傳學科普本土著作
吳大猷科普著作佳作獎得主 陳文盛教授 經典力作

果蠅、黴菌和噬菌體如何貢獻分子生物學的發展？

華生、克里克、威爾金斯、佛蘭克林與鮑林如何競爭解構DNA？

遺傳密碼的解碼如何讓科學家忙了十幾年？

 

龍生龍、鳳生鳳，老鼠的兒子會打洞。一開始沒有人知道「基因」的存在！環遊世界的達爾文與隱身修道院的孟德爾，各以自己的方式研究遺傳；物理學家戴爾布魯克嘗試用量子概念解釋突變；薛丁格則以一本小書吸引許多科學家一起思考基因的神秘。

直到DNA的發現和遺傳密碼的解開，長達一個世紀的探索，是科學家經過不斷試誤、拼湊，以一百年的接力實現了孟德爾的夢，革新了我們對生命的觀念，成就了今日的基因工程、生物科技與分子醫學。

【本書榮獲】

★第九屆吳大猷科普著作獎佳作獎

★文化部第40次中小學生優良課外讀物推介

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★專文推薦

少了正確的遺傳理論，演化論是跛足而殘缺的。孟德爾的豌豆實驗彌補了達爾文的缺憾，開啟了探究遺傳基因的新紀元。本書完整回顧了這一百年從古典到分子遺傳學的發展歷史。

──周成功（陽明交通大學生命科學系退休教授）

 

本書把科學家在奮鬥中的人性歷程──意外、失敗、轉折、興奮──展現出來，讓讀者了解科學知識並不只是教科書裡簡化的敘述，而是有深厚的感性層面，這一點對於科學教育非常重要。

──徐明達（陽明交通大學生化與分子生物研究所榮譽退休教授）

 

對DNA、遺傳學和細胞繁殖有興趣的讀者，會發現生物學、化學、物理學的整合在遺傳學上的重要性。我特別對書中每位科學家不同性格的敘述感到興趣，這代表求真的科學精神與人性互動所產生的結晶。

──黃達夫（和信治癌中心醫院院長）

 

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戴明鳳｜清華大學物理系教授兼跨領域科學教育中心主任

顏聖紘｜中山大學生命科學系副教授

目錄

初版序   「為什麼」比「什麼」重要

修訂版序   新的面貌與感謝

楔子   酒館中的狂言        

第1章   鴿子與豌豆

   達爾文是自然學家，著重於觀察和歸納，孟德爾受的訓練則是比較嚴謹的物理和數學。孟德爾用豌豆實驗建立起的遺傳原理，大力支持了達爾文提出的演化論。

第2章    果蠅與黴菌

   白眼突變果蠅的實驗結果，扎扎實實支持著孟德爾的遺傳論，還因此發現了聯鎖遺傳！以X射線誘發的紅麵包黴營養需求突變株，連結生化與遺傳學，成為快速方便的實驗材料。

第3章    量子與基因 

   薛丁格引用戴爾布魯克的模型，從量子力學的角度討論基因為何物、如何儲藏大量資訊。物理學家舔嚐到遺傳學的物理意義，遺傳學的弔詭更使他們興奮不已。

第4章    噬菌體與吃角子老虎

   細菌對於噬菌體的抗性，是突變還是適應？關鍵在於有沒有基因參與，以及發生的時機。賭場裡吃角子老虎機的中獎率，剛好給了盧瑞亞實驗靈感。

第5章    灰姑娘與果汁機

   基因是蛋白質還是DNA？蛋白質多采多姿，DNA就像灰姑娘般被冷落了。利用果汁機阻斷噬菌體感染的一個簡單實驗，竟然幫助DNA翻身！

第6章    鐵絲與紙板

   根據X射線繞射DNA類晶體所得到的數據以及理論的演算，科學家用紙板和鐵絲構築了立體的分子模型。雙螺旋結構就此誕生。

第7章    毛毛蟲與蝴蝶

   華生與克里克最擔心的是DNA結構會很無聊，沒想到他們看到美麗高雅的雙螺旋，其中隱藏著達爾文和孟德爾追尋的秘密。他們尋找毛毛蟲，卻發現了蝴蝶。

第8章    羅塞塔石碑與紙牌屋

   DNA的鹼基序列如何編寫遺傳密碼？羅塞塔石碑式的策略太費時。鑽石密碼、三角密碼、無逗點密碼……這些理論模型十分美妙，卻都是弱不禁風的紙牌屋。

第9章    琥珀與乳糖

   噬菌體的遺傳解析揭示鹼基序列的交換；琥珀突變幫助DNA和蛋白質共線性的建立。細菌先消耗葡萄糖再利用乳糖的現象，隱藏著基因的調控機制。

第10章  糖水與指甲 

   雙股的DNA如何複製？利用同位素標記是個可行的方法，但要怎麼檢視結果？指甲的密度應該接近DNA，先剪一片指甲丟進糖水裡試試看。

第11章  信使與轉接器

   一定有某種物質，把遺傳訊息從細胞核帶到細胞質中的核糖體。RNA是最可能的信使。現在還缺一個可接特定胺基酸的「轉接器」，而20種胺基酸至少要有20種轉接器！

第12章  濾紙與密碼

      遺傳密碼的密碼子顯然是三聯體。但是胺基酸和密碼子之間如何配對？理論空談沒有用，只能依靠實驗室裡的試管、酶和濾紙，按部就班一一解出來。

後記        

附錄       

基因的百年歷史與後續的里程碑         

延伸閱讀與網路資源            

索引

導讀/推薦文

【推薦文】

為什麼要再探孟德爾之夢？

         周成功（陽明交通大學生命科學系退休教授）

 

   每一個重要科學理論形成的背後，都有一個長期摸索碰撞的過程。只有透過對這段歷史的回顧，了解科學探究活動的始末，我們才比較容易掌握這段科學知識內在發展的脈絡。科學知識才不會淪落成一堆無趣、冰冷的教條，而是一個充滿人性活動的心智結晶。因此從科學史下手，永遠是一般人接近科學的最佳途徑，同時也是科學教育中最有效的入門方式。很可惜在中文的世界裡，大部份有關科學史的書籍都出自翻譯，而教科書中科學史的敘述多半是片斷或是語焉不詳。因此學生在這樣的養成過程中，對科學態度或是研究精神的陌生與疏離也就不足為奇了。

   雖然每個人都認同科學史在科學教育中的重要性，但願意花費心力，投身在這個領域中的學者並不多見。陽明大學陳文盛教授這本《孟德爾之夢：基因的百年歷史》，毫無疑問為科學史的中文寫作提供了一個新的面向。我相信它未來對從高中到大學這個階段的生物學教育，會有深刻而長遠的影響。

   《孟德爾之夢：基因的百年歷史》是從達爾文發表《物種起源》（1859年）開始談起。大家都知道達爾文的演化論是現代生物學的基礎，而他在《物種起源》中很清楚提出了生物個體變異與天擇的關係。但生物個體的變異怎麼樣忠實地從上一代遺傳到下一代？這是演化論成立的重要關鍵，而達爾文對遺傳學的認知是錯誤的！少了正確的遺傳理論，演化論是跛足而殘缺的。這時候孟德爾的出現就有了特別的意義。

   孟德爾從豌豆交配的實驗結果發現生物遺傳的規律（1865年），彌補了達爾文的缺憾，開啟了探究遺傳基因的新紀元。隨後基因從一個抽象的遺傳概念，逐步落實到DNA的物質基礎上，最後一直到闡明了DNA的遺傳密碼怎麼決定蛋白質胺基酸的排序（1967年）為止，本書完整回顧了這一百年從古典到分子遺傳學的發展歷史。

   本書的另一個特色就是仔細重現了這個階段所有重要實驗（不論成功或失敗）的緣起、實驗設計與實驗結果對後來發展的影響。現在大多數學生，甚至包括許多老師在內，對於許多古典的遺傳學實驗都早已忘懷。但我認為這些實驗其實是訓練學生批判性思考最好的教材：在粗陋的工具與局部知識的限制下，如何針對重大的科學問題設計實驗、解讀實驗的結果，碰到實驗的挫折又該怎麼去克服等等。只有透過在這種摸索、探究的過程中，科學家怎麼提問、怎麼相互詰難，我們才能看出不同科學家行事的風格、科學的品味和他們所碰撞出的智慧火花。另外作者不時也會將這些實驗發生的時代背景一併提出，更可以加深我們對這些重大科學進展的歷史感。

   當然本書也有一些讓一般讀者不容易親近的障礙，特別是許多專有名詞與實驗的生物系統，會使得所描述的實驗過程不容易完全了解。換言之，這是一本需要下一點功夫閱讀才能領會其妙處的書。所以我會特別推薦本書給任何喜愛遺傳學的人，尤其是那些正處於高中到大學階段的同學們。同時，我也期待未來會有更多類似的作品出現。

【推薦文】

見證分子遺傳學的榮光

         徐明達（陽明交通大學生化與分子生物研究所榮譽退休教授）

 

   分子遺傳學是20世紀科學最大的成就之一，這個發展使得看起來千變萬化的生命現象，有了一個一以貫之的基本理論，讓我們對生命的奧秘有更深一層的了解，而且對醫藥、農牧、環境科技產生革命性的影響，甚至因為對基因體序列的分析，而發展出新的科技及資訊產業。

   這個偉大的成就起源於孟德爾的仔細觀察及分析，並提出革命性的看法，後來再經過很多科學家的努力及奮鬥，最後才得到這個寶貴的知識。這一段曲折、複雜又有趣的過程，是人類文明發展史中很重要的一個章節。享受現代舒適及豐富生活的人們應該去了解這一段歷史。在這一本書裡，陳文盛教授用他的生花妙筆將這一段重要的歷史娓娓道來，不但把專業知識用淺易的文字描述出來，更把科學家在奮鬥中的人性歷程──意外、失敗、轉折、興奮──展現出來，讓讀者了解科學知識並不只是教科書裡簡化的敘述，而是有深厚的感性層面，這一點對於科學教育非常重要。

   我個人的學術生涯剛好和這段歷史重疊，我有幸參與這個歷程，因此讀這本書時特別有很深的感觸。很多的發現在當時都令人非常興奮，也是讓我持續在這個領域研究的原因。陳教授也是參與這方面研究的傑出學者。我們要感謝陳教授特別花時間，把這一段重要的科學史呈現給大家。

 

【推薦文】

從求知、求真到人性

         黃達夫（和信治癌中心醫院院長）

 

   《孟德爾之夢》的內容不但生動有趣，更具深遠的教育內涵。我認為所有華文世界的知識份子都應該了解遺傳學，而以此書做為入門引薦，進入21世紀生命科學的世界。

   這本書最引人入勝之處，是陳文盛教授以自身從事生物遺傳學研究的科學家身分，深入淺出，娓娓道出遺傳學歷史的演變、錯誤的不斷修正，並且在其中穿插一連串有趣的生命故事。書中不少人事和理論被證實的過程，勾起我數十年學術研究生涯的回憶，而觸動我對於那一段時光深深的懷念。

   我自己在1960年代末期到1970年代中期也正在研究人類核酸的修復機制。人類有些疾病和核酸的正確或不正確的修復有關，在那段期間，核酸腫瘤學在生命科學的研究所佔的地位越來越重要，終於在21世紀的今天，變成醫學發展最重要的領域。從這一點來預卜將來科學和醫學的新發現，將不只更進一步了解人類疾病的成因，更能夠找出更多有效而傷害性較少的治療方法。所以，生活在21世紀的普羅大眾也要了解什麼是遺傳學、什麼是DNA、什麼是先天具有的毛病，以及哪些疾病是因為我們自己的生活習慣合併先天問題而引發，才能夠預防疾病的發生。

   對DNA、遺傳學和細胞繁殖有興趣的讀者，會發現生物學、化學、物理學的整合在遺傳學上的重要性。只是對單獨一種科學具有深入了解是不夠的。同時，從這些科學家的故事，我們可以看到他們努力從事研究，不只是來自於自發的好奇心，還有無私地發揮自己所能、奉獻他人的利他精神，也是驅動他們努力不懈追求真理的動力。

   遺傳學從孟德爾的豌豆實驗開始，經過果蠅、黴菌、噬菌體，進入DNA結構激烈的競爭，到了解DNA的複製、對突變和適應的分辨等等；從達爾文、孟德爾一直到華生、克里克，再到今天基因圖譜的解碼（有賴美、英政府和民間的合作），處處都呈現人類從求知、求真為出發點，推動科技不斷進步，終於在21世紀的今天，我們幾乎每天、每個月、每年都可以看到這兩種精神交互作用所帶來的最美好的果實。這種人性與科技進步之間互動所帶給我們的成果，顯示二者不可分離的關係。孟德爾在1860年代，大概也沒有夢想到一百五十多年後，他的研究啟發了這麼多有益於人類的發現。我揣測這個詮釋，可能是陳文盛教授把這本書取名為「孟德爾之夢」的理由吧！

   我個人特別對於每位科學家不同性格的敘述感到興趣。這代表求真的科學精神（scientific inquiry）與人性（humanity）互動所產生的結晶。雖然這些年來，科技的進展加速，似乎遠遠超過人道可以駕馭科技的能力，但是未來的世界是否更美好，將取決於人道與科學之間緊密的互動、影響、導正的最終結果。

精彩試閱

（摘自第1章）

達爾文的夢

   在劍橋大學就學的時候，達爾文就展現自然學家收集標本的高度熱忱。在18世紀，歐洲的自然學家四處觀察周遭的動物、植物、黴菌等各種生物，收集標本來研究大自然。他們重視觀察和歸納，通常不太進行科學實驗。這門屬於比較軟性的科學，是很多經濟寬裕的中產仕紳的時尚嗜好。

   達爾文生長在富裕的家庭，祖父是有名的醫生伊拉士摩．達爾文（Erasmus Darwin），外祖父則是有名的瑋緻活瓷器公司創辦人維奇伍德（Josiah Wedgwood）。他本來進入愛丁堡大學攻讀醫科（當時英國最好的醫學院），但是他對醫生的工作興致索然，荒廢功課。這時期他加入一個研究自然史的學生社團，培養了野外觀察研究的嗜好。在愛丁堡兩年之後，父親毅然將他轉入劍橋大學，希望他畢業之後從事牧師的工作。當時英國的牧師一定要有大學的學位。

   達爾文在劍橋結交很多自然學家朋友，不時聚會並從事野外活動，自己也開始狂熱地收集甲蟲標本。1831年，達爾文從劍橋大學畢業後，沒有依照父母的願望去當牧師。命運帶他走上一條他完全預想不到的路。他加入了費茲羅（Robert Fitzroy）船長所領導的環球勘查航行，扭轉了他後半輩子的一切。

   那年8月底，他收到劍橋的老師兼朋友韓斯洛（John Henslow）教授來信，告訴他皇家海軍的小獵犬號在尋找一位能擔任無薪自然學家和地質學家職位的紳士，參加他們環球調查航行。1831年12月27日，達爾文登上小獵犬號，展開這趟未知之旅。這趟環繞地球一周、為期五年的航行，讓達爾文接觸到非常繁多的生物物種及化石。他不停收集樣本、製作標本、歸納整理，連同生物與地質報告一起寄回英國。這些物種的多樣性以及地理分佈的廣泛，讓他非常著迷。

   小獵犬號回到英國的時候，達爾文已經是一位聞名的自然學家了。他開始到處演講和發表論文，開始有系統地整理和分析那些數量龐大的標本，很多專家都加入幫忙。從這些經驗，他開始發展出物種起源和天擇的理論。為了支持物種不是牢固不變的理論，他進行很多育種雜交實驗與觀察。他的基本理論大約1838年就開始成形了。1839年初，達爾文被選為皇家學會的會員，很高的榮耀。同時他與大他九個月的表姊艾瑪．維奇伍德（Emma Wedgwood）結婚，艾瑪是一位虔誠的基督教徒。這樣表姊弟近親的結婚，有違他在演化論中提到的「雜種優勢、近交衰退」觀念。

   1855年，一位四處旅遊、收集標本的自然學家華萊士（Alfred Wallace）發表一篇論文〈論調控新物種形成的定律〉（On the Law which has Regulated the Introduction of New Species）。華萊士和達爾文很不一樣，出身貧窮，幾乎一輩子都如此。他受到幾位旅遊自然學家（包括達爾文）的感召，先後前往亞馬遜河流域和馬來群島進行很長時間的研究，經費都是依賴販賣他所收集的標本所得。他在這篇論文說：每一個新物種的出現都不是無中生有；在同一個時間和空間，都已經有親屬的物種存在。他認為這個論點，可以解釋他所觀察到的生物和化石的地理分配。達爾文的朋友認為這很接近他的理論了，但是達爾文不以為意。他還是慢條斯理地整理資料，打算寫一本叫做「天擇」的巨著。

   1858年春天，華萊士在馬來群島患病，躺在床上發冷發熱，突然想起十二年前讀過的《人口論》。馬爾薩斯的這本經典提出族群的個體數目快速成長，終將超越自然資源的成長，帶來必然的災難。他想，生物物種的演化似乎可以從這個角度思考。面對自然的天敵、資源的不足，他說：「為什麼有些會死，有些會活？答案很清楚，整體來說最適者會活。面對疾病的威脅，最健康的逃離；面對敵人，最強壯、最靈敏、或者最狡猾的逃離；面對饑荒，最好的獵人或者消化系統最好的逃離，等等。然後我就想到，這自動的程序必然會改進種族，因為每一代劣等的必定會被殺死，優秀的會存活，亦即最適者存活……這樣子動物體軀的每一部份都可以依照需要修改，就在這修改的過程中，沒有修改的就死掉，於是每一個新物種的特殊形狀和清楚的隔離都可以得到解釋。我越想越相信，我終於發現我長期追尋解決物種起源的自然定律。」接下來幾天，他將他的想法寫成一篇20頁的論文，寄給達爾文。

   這年6月華萊士的論文抵達的時候，達爾文自己的著作也已經撰寫了一段時間。他看到相隔半個地球的華萊士竟然提出和自己相同的演化機制，這篇論文刺激了他快速整理出一篇論文，和華萊士的論文一起在7月1日舉行的林奈學會上宣讀。當時華萊士還在婆羅洲，達爾文則在辦兒子的喪事，兩人都不在現場。文章最後發表在《倫敦林奈學會學報》。

   達爾文自此發憤圖強，開始撰寫一本巨著的摘要。沒想到這份摘要後來就演化成五百多頁的《物種起源》。1859年出版之後，大受歡迎，印製的1250本一下子就賣光。那年他已經50歲了。

   在引言中，達爾文就如此綜合整本書的要義：「當物種生下來的個體數目遠超乎可能生存的數目，就會有不停的生存競爭；一個個體只要有稍微對自己有利的變化，在生命複雜而且隨時變化的條件下，就可能有更佳的生存機會，也就是『天擇』。以穩固的遺傳原理而言，任何通過篩選的品種就會傾向繁殖它改變過的新形式。」達爾文和華萊士的演化論都是如此主張：物種數目隨著時間增加，個體爭奪有限資源，在自然篩選的壓力下競爭，適者生存，不適者被淘汰。

   達爾文甚至在《物種起源》中提出地球上所有的生物可能源自一個共同祖先，這是演化論中非常重要的概念。他曾經在筆記本中畫了一幅「生命樹」（圖1-2），並在這頁上頭寫著「I think」（我想）兩個字。對此，達爾文曾經在寫給華萊士的信中如此說：「雖然我不會活著看到，我相信有朝一日，大自然的每一個大界都會有相當真實的族譜樹。」他說的「界」是指當時生物分類的動物、植物界和原生生物的三個界。達爾文以及當時的分類學家歸納動植物的族譜，所依據的是個體形態的相似性。單靠形態的相似性來判斷親緣性的話，誰都很難把植物與動物歸納在一起，更別說黴菌、細菌這些原生生物。

   一百年後，達爾文的夢成真了，而且不但每一個「界」都有一個族譜，所有的「界」其實都涵蓋在同一個族譜中。也就是說動物、植物、黴菌、細菌等通通來自一個共同的祖先。這樣單一的族譜是19世紀的科學家很難想像的。

   支持這單一族譜的堅強證據來自細胞裡的分子訊息。儘管一種細菌、一棵樹和一個人，怎麼看都不像，但是我們的細胞中有無數相似的蛋白質和相似的基因。親緣越接近的生物之間的蛋白質越相似，基因也越相似。這種細胞分子的共通性存在於地球上每一種生物之間。地球所有生命屬於同一起源的證據確鑿。

   從這分子訊息所建立的族譜的角度來看，演化的步驟就反映在基因的變異。基因的變異造成蛋白質的變異，蛋白質的變異造成個體性狀的變異。族群中不同性狀的個體，才接受自然的挑戰和篩選。