生理人生
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生理學講義(一)——什麼是生理學?

2007-10-15 22:51迴響:16點閱:3498

 

這是「生理學講義」的第一篇,日後將不定期刊出。我想盡量不用圖表公式,而以文字說明為主,希望學過高中生物學的人都可以看得進去。也希望網友看到不通不懂之處,不吝告知,我也可以隨時修正。

 

        「生理學」是英文 physiology 的譯名,由 physio- -logy 兩個字根組成,原義是「研究自然的學問」,與物理學(physics)有相同的字源,後經衍申為「研究生物及其組成如何運作的學問」。當初將 physiology 譯成「生理學」的先賢,可謂極其高明,因為「生理」除了有「生計、活路」之意,還可以拆解成「生之理」,也就是「生命的道理」,與 physiology 的本意十分貼近。

 

        「生理」一詞,出自魏晉竹林七賢稽康(223-262 AD)的《養生論》(注),他是這麼說的:「君子知形恃神以立,神須形以存,悟生理之易失,知一過之害生。」文裡的「生理」一詞,接近「生存之理」,而非「生命之道」;只不過兩者界線不是那麼清楚,轉借亦無妨。

 

        1993 年,國際生理學會(International Union of Physiological Sciences, IUPS)於英國格拉斯哥舉行四年一度的大會,就把中文的「生理」轉譯回英文「The Logic of Life」,作為大會主題,會後並出版專書:「生之理:整合生理學的挑戰」(Logic of Life: the Challenge of Integrative Physiology, Oxford University Press, 1993)。顯然,歐美生理學家也認同 physiology 的主題,就是「生之理」。

 

        那究竟什麼是「生之理」呢?要回答這個問題,我們得先從「生命是什麼?」這個問題著手,方能有真正的了解。

 

        一般人談到生命,總受到「人」的本位主義影響,以為活著就是有知覺、有思想,能吃、能拉、能動、能睡,卻不見得想到,世間多的是不會自己移動、也不見得會思想,但卻符合生命要求的生物。如果我們往細處看,最簡單的生物是單細胞生物(unicellular organism),它們會吸收能源,進行新陳代謝、排泄、生長、生殖等任務,並適應環境變化,這些也就是成為生命的基本要求。

 

        單細胞生物的好處,是家裡人口簡單,一人吃飽全家也就飽了;同時,一個細胞最多就那麼丁點大(直徑在幾個微米 10-6 m),養分廢物的運輸,靠單純的分子擴散(diffusion),就綽綽有餘,不需要什麼特別的系統。然而,對多細胞生物而言,事情就不那麼簡單了。

 

        十九世紀的科學家已經知道,體積再怎麼巨大的動植物,也都是由一個個小細胞堆積而成,這也就是所謂的「細胞理論」(cell theory)。人全身上下由幾十兆個(billion)細胞組成,每個細胞都有能源、代謝及排泄的需求,與單細胞生物無異;只不過人體細胞還多了分化這一層,各司不同職責。再來,功能相同的細胞會聚集成組織(tissue),各種組織再形成器官(organ),不同器官又連結成系統(system),分別負責循環、呼吸、消化、泌尿、運動、防禦、傳訊、生殖等功能,如此也才形成完整的人體。

 

        相對於一人飽全家飽的單細胞生物而言,人體這個多細胞生物的負擔,要大上太多,得養活幾十兆人口。不過人體每個細胞也都沒閒著,套句大仲馬的小說《三劍客》(Three Musketeers)裡國王火槍隊的座右銘「人人為我,我為人人」(One for all and all for one),那也正是人體細胞的寫照:每個細胞都為整個人體的存活盡份心力,而整個人體也照顧了每個細胞的生存。

 

        至於這一點又是怎麼辦到的,就成了生理學這門學問的內容。舉凡多細胞生物的循環、呼吸、消化、泌尿、運動、防禦、傳訊以及生殖等功能,都屬於生理學家感興趣並想辦法了解的問題,我也將於後文陸續道來。

 

注:稽康的《養生論》一文,是中國文人養生之道的代表作;目前流傳於世的一篇並不長,文字也不算難懂,從現代生理學的角度來看,頗有意思,當另為文詳述。

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引用:http://blog.chinatimes.com/jenntser/archive/2007/10/15/207377.html
2007-10-15 22:51作者:潘震澤分類:生理講義迴響:16點閱:3498

迴響與引用列表

回應: 生理學講義(一)——什麼是生理學?

James,

歡迎造訪,有任何想法,也請不吝賜教。

2007-12-05 21:15 震澤

回應: 生理學講義(一)——什麼是生理學?

Dear Mr.Pan:

Thanks for your blogg. I can learn a lot from your essay.

Sincerely,
James Wu

2007-12-05 12:50 James Wu

回應: 生理學講義(一)——什麼是生理學?

比如識別種概念 凝聚種概念 親緣種概念 演化種概念 生態種概念.....
如果廣義一點說 基本上都稱之為生物種
---------------------------------
^_^

2007-10-17 00:07 SCFtw2

回應: 生理學講義(一)——什麼是生理學?

"biological species concept"是Mayer在1940年代整合出來的概念
一般說到"生物種概念" 都是指Mayer的概念
這已經是演化學的基本常識
並非是被"narrow minded"的生物學家拿去用的
實際上是大家願意去honor Mayer對生物學的偉大貢獻
----------------------------------
Ernst Mayr is great. That's right. I enjoy reading his monumental book "The Growth of Biological Thought". ^_^

Mayr outcompetes others by his longevity. *_<

2007-10-17 00:02 SCFtw2

回應: 生理學講義(一)——什麼是生理學?

謝謝 學生物的 for clarifying more updated thoughts from academic researchers.

Just by my limited experience, there are many phenomena underneath in the nature discovered or derived from math, physics, chemistry....are difficult to communicate in oral and written language without mathematics tools, physics inference/induction/deduction, chemical charts/formula/graph. 一不小心, 差了十萬八千里.

2007-10-16 22:42 ws

回應: 生理學講義(一)——什麼是生理學?

"比如 若把一群真社會性昆蟲(蜜蜂 螞蟻 白蟻
)當作是superorganism時
每個colony裡面的每個個體實際上只相當於細胞
每個"個體"都不能單獨存活
除了queen之外隨時都在代謝
縱使這些個體有生理 行為 遺傳上的差異 也很難定義這樣就是"個體"
而每個colony反倒接近於individual的意義"

What I meant "individuality" in the beginning is biologic individual & social individual. As far as how to define and who defines "個體", academia may have tons of specific information or argument that I do not know.

蜜蜂 螞蟻 白蟻...., for sure(?), are not social individual. Each of them definitely(?) is biological individual, for some can run faster, some have distinctive traits of appearance.... as the 抗藥性 of 突變的細菌.

The interesting question is how and why 社會性昆蟲 evolve into a less "individual" and more "cooperative" colony, and some colonies always 吵鬧不休, kill each other.

Are 社會性昆蟲 really that harmonious in one individual colony? I doubt it.

And no matter how 遺傳學、分子生物學, neuroscience have tremendous progress in the end of last century, those discoveries are still far far to be able to explain behaviors in the complex society like human, chimpanzee, ....etc mammal animals. Some of social theories derived from Heidegger, Foucault, ..... make more sense to me. (I would not want to say I have totally digested their theories)

And, for the individual subjective experiences, of primordial, intuitive, religious, existential, impetuous, transpersonal, collected conscious, ...., which perhaps only exist in 智人, sciences based on reductionism, materialism are barely able to explicate and explain; phenomenology, anthropology theories provide more convincing thoughts. Ken Wilber has higher vision on that.

2007-10-16 22:14 ws

回應: 生理學講義(一)——什麼是生理學?

"biological species concept"是Mayer在1940年代整合出來的概念
一般說到"生物種概念" 都是指Mayer的概念
這已經是演化學的基本常識
並非是被"narrow minded"的生物學家拿去用的
實際上是大家願意去honor Mayer對生物學的偉大貢獻

生物種的概念 跟之前的不同
在於他承認物種是實際存在的 而且會改變
它也是第一個把生殖隔離當作解釋物種起源的種概念
因此相當程度地把達爾文的演化和當代生物學結合在一起
首度提供了一套物種分化機制的解釋

在此之前盛行的模式種(typological species concept) 唯名種(nominalistic speceis concept)概念
都是以人為方便去定義
模式種是以創造論中物種不變的說法為基礎(所以有"模式")
唯名種則認為種根本不存在 我們只能看到個體而已
"種"只是我們為了方便而給相似的生物一個名字而已

相對於這些概念 Mayer提出的概念是賦予其生物意義的
所以將其稱為生物種概念
但是這個概念乃基於兩性生物來說
而且需要隔離機制來加以定義 並非自明
所以運用在非兩性生物 雜交產生的新物種都有困難
更嚴格一點 如果沒有辦法證明兩個個體交配能產下有效後代 都不能說明他們是同種
簡單地說 Mayer的生物種概念是正面表列
但是生物是they are what they are
所以想要一魚通吃是極端困難

接下來與許多物種概念的衍生
比如識別種概念 凝聚種概念 親緣種概念 演化種概念 生態種概念.....
如果廣義一點說 基本上都稱之為生物種
有些想用負面表列去放寬物種的判定
有的著眼於過去歷史與現今的聯接
有些想用操作定義去解決物種定義
有些則想用純概念式的方法詮釋物種
但是沒有一個concept是完美的 無缺陷的
因為生物是如此diverse

越接近概念的抽象說法越保險 涵蓋範圍越大
但是說了等於沒說 因為不是不能就是很難驗證
這樣說可以 那樣說也通
越接近操作行定義的概念 在實行上越沒問題
但是那不代表是事實 只是可行可重複而已

自然史包含了深度與廣度
一個種 從祖先開始到後代滅絕 是一個穿越時空的單位
演化學家對於物種的概念仍舊處在稍有共識的階段而已
或說擱置哲學部分的爭議
或是乾脆放棄想要一念通吃的嚐試
這一部分得等到我們了解更多 才能追求更實際的答案

物種只不過是個翻譯 是生物當然是生物種 稱為物種種類 亦無妨礙
不過是個名詞 大家都知道意思
真正會讓人搞錯的是"品種" 這在生物學上是另一個概念
與物種不同

2007-10-16 14:09 學生物的

回應: 生理學講義(一)——什麼是生理學?

In biology, the term "species" refers to "生物種", that is, biological species, or species in biological sense.

"物種" is not a proper translation, or a corresponding term, in Chinese.

"Biological species", as a term, was adopted and then "robbed" by a group of narrow-minded biologists to refer exclusively to those species with characteristics meeting the standards/criteria set by them.

2007-10-16 13:28 SCFtw2

回應: 生理學講義(一)——什麼是生理學?

謝謝瑞紅與pk2的鼓勵,更要感謝「學生物的」提供精彩的回應與補充,我到底離開純生物學已久。WS的問題請稍候,我得準備明天的課。

2007-10-16 10:12 震澤

回應: 生理學講義(一)——什麼是生理學?

很期待可以多吸收一些新知
請老師繼續加油

^^

2007-10-16 08:50 pk2

回應: 生理學講義(一)——什麼是生理學?

Logic of Life!

很期待這份講義
讀者的迴響也耐人尋思
這會是很棒的網路"生理學課堂"

感謝您分享的熱誠及動人的文采

2007-10-16 08:41 忠實讀者瑞紅

回應: 生理學講義(一)——什麼是生理學?

"...people talking about the meaningless of 生物分類學, because speed of the 突變, 演化 is lots more faster than what 生物分類學家 can categorize"

有這種想法的人很多
一大部分是根據自己對分類學家的stereotype而說
實際上現代分類早就不是他們想像的樣子
不信的話 可以去翻翻頂尖的Systematic Biology
看有幾篇文章他們讀得懂

生物分類學在轉型
扮演演化學與當今可觀察到的生物多樣性的橋樑
親緣關係的研究在分類學中越來越被強調
因為如果不知道這層關係
可能就像一些生化學家認識的果蠅一樣
是一條一條的band 是一串的DNA或蛋白質序列
到野外卻不知道果蠅長什麼樣子

現代逐漸興起整體生物學(Integrated/ Integrative Biology)的學門
要垂直整合生物學的分支知識
相當於許多大學裡面的生命科學(life sciences)研究
即使在分子生物學層次 也興起系統生物學(systems biology)
把目標放在整合層次而不在往下reduction
很明顯的 這將會有許多困難
因為還有太多未知
但正是因為未知 所以科學才需要存在

科學最大的貢獻在告訴人類我們知道的還不夠
而不是告訴人類說你不必知道那麼多 答案早就告訴你了

2007-10-16 07:52 學生物的

回應: 生理學講義(一)——什麼是生理學?

就個人見解 "individuality"並非自明的名詞
看你要把它當作一般名詞 哲學名詞 生物學名詞 或是具有特別定義的名詞來用

比如 若把一群真社會性昆蟲(蜜蜂 螞蟻 白蟻
)當作是superorganism時
每個colony裡面的每個個體實際上只相當於細胞
每個"個體"都不能單獨存活
除了queen之外隨時都在代謝
縱使這些個體有生理 行為 遺傳上的差異 也很難定義這樣就是"個體"
而每個colony反倒接近於individual的意義

降低到細胞層次
一個卵是不是一個individual?
一群幹細胞算不算?
如果我不知道這個卵將來發育成什麼 我能不能知道它否是個individual?

這種問題我想是比較接近於哲學
但是不會有多少生物意義
因為they are what they are
不是they are what we perceived
創造論在科學方法上最失敗的地方
就是想用後者詮釋生物
當他們發現無法理解 便歸給非自然的因子

自然科學雖然大家認為是研究自然的科學
其實 更實際的意義是 用自然原理來解釋現象的科學

2007-10-16 05:45 學生物的

回應: 生理學講義(一)——什麼是生理學?

See how "dumb" were my questions! I even took Microbiology, Immunology, Genetics.... 基本courses before.

I think of people talking about the meaningless of 生物分類學, because speed of the 突變, 演化 is lots more faster than what 生物分類學家 can categorize.

By the theory of 演化, for sure(?), the diversified behavior, "personality" of
biology are the result of evolution, probably including the complexity of emotions of human and other higher evolved animals; just genetic evidence is quite far to prove to that point.

Maybe, in the future, you can introduce more latest concepts, theories in debate, argument about the biological evolution, social evolution, human mind evolution, the gray area of physiology(especially the neuroscience) and psychology......

Personally, I am a fan of Ken Wilber's works.
http://en.wikipedia.org/wiki/Ken_Wilber

People in the academics seems keep quite distance with him, including philosophy people.

Any thoughts in his theories (not hurry to hear the reply. It seems a little weird question to physiologist)? Throw you a 大扣 on your bell. Thank you.

2007-10-16 03:40 ws

回應: 生理學講義(一)——什麼是生理學?

WS,

你一定聽過:There are no dumb questions. 這句話,所謂「大扣大鳴,小扣小鳴,不扣不鳴」,當老師的不怕有人問問題,只怕冷場。多數人大惑(包括小惑)終身不得其解,除了書讀得不夠多、不得法外,不好意思問問題,是主因之一。當然前提是有那個心,想把事情搞懂。

你的問題,其實是遺傳學、分子生物學裡的一個基本問題,也是「演化」之所本。就算微小簡單如細菌或鞭毛蟲等單細胞生物,其基因也是會因突變而造成個別差異。細菌的這點微小差異,可以就造成了某些細菌具有致病性,某些則沒有;有的具有抗藥性,有的則沒有。如今有越來越多不怕某些抗生素的細菌,就是由於菌間微小的變異,經抗生素的作用而揀選得出(沒有抗藥性的就死了)。

單細胞生物除了行無性生殖外(也就是細胞分裂,一變二,二變四),偶而也會進行基因交換(gene transfer);那與有性生殖藉減數分裂及受精,得以造成基因重組的方式不同,但有異曲同工之妙。

目前對物種(species)最簡單的功能性定義,是原屬同一物種的兩個異性個體,不再能藉有性生殖繁殖下一代時,就已分屬不同物種;可想而知,在形成新種的過程中,會有介於舊種與新種之間的過渡種,否則單一個新種也無法繁衍。由此定義,地球上的人不論膚色長相,都還屬於同一物種,因為無論分屬哪個族群的男女,都能彼此交配生子。人類分屬不同「種族」(race)的說法,在生物學上是不成立的,我們都屬於「智人」(Homo sapiens)一個物種。

以上所言,並不屬於我的生理專業,只能說是我學習生物學多年累積的「常識」,如有不精確之處,還請方家指正。

2007-10-16 02:45 震澤

回應: 生理學講義(一)——什麼是生理學?

Once had chance listening the lecture by a biological mathematician talking about the movement of 鞭毛蟲's flagella in the mathematics way of physics, chemistry. In the end, he was joking and said, "that tiny thing looks so cute." (everyone laughed out loud, and his words reminded me of the similar curious mood during one period of time in my biochemistry undergraduate.)

I came up with one dumb question and got no chance to ask biologist,

Does the unicellular organism have "individuality" in each one of them? I mean, probably the genetic codes are all the same for all 鞭毛蟲 or 纖毛蟲. But, for example, do they have different, even tiny or imperceptible visually, behavior to the light, temperature, pressure, concentration....? Do they all look alike physically, Chemically(in ratio of composition)?

Maybe pushing the question little be further, at what level of biological species, the same kind of organism starts having obvious difference in appearance, or behavior, or personality?

This sounds a dumb question to a physiologic professor. just no one to ask.

2007-10-16 00:31 ws

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