像生物學家一樣思考

付雷

2020年以來的新冠肺炎疫情，讓越來越多的人意識到，生物學與人類生活是如此的密切相關，又是如此的重要。引起新冠肺炎的生物究竟是什么樣的生物，這種生物有什么形態和結構、是如何繁殖后代的，它們為什么以及如何導致人體患病；核酸檢測的原理是什么，為什么需要核酸檢測，如何保證核酸檢測結果的可靠性；人和人之間該如何保持社交距離，口罩為什么有用；為什么需要打疫苗，疫苗的本質是什么、作用原理是什么，為什么需要打加強針或序貫接種……對于這些問題，都可以向生物學尋求答案。

不過，生物學的價值主要不是提供給人們這些知識或技術，而是以理性思維為主要特征的思維方式。在這一方面，美國華盛頓大學圣路易斯分校生物學榮休教授喬治·B.約翰遜所著的《生物學的思維方式》一書為讀者提供了很好的一扇窗。讓我們從本書介紹的生命世界的特征和認識方式兩個方面來管中窺豹。

就生命世界的特征而言，生物學的研究告訴我們，生命世界具有高度復雜性、多樣性和統一性。

生命世界的復雜性體現在很多方面，尤其是生命結構的復雜性和生命過程的復雜性。以沒有細胞結構的病毒為例，通過閱讀本書可以了解到，一般認為生物與非生物的重要區別在于生物是由細胞構成的，而病毒是沒有細胞的，只具有一部分生物屬性。

盡管病毒只有蛋白質外殼和核酸核心，但在細節上仍有巨大差異。病毒要想繁衍，就需要先附著到宿主細胞上，然后將自身的核酸整合到宿主的基因組中，利用宿主的物質和能量實現自身核酸和蛋白質的擴增，進而組裝成新的病毒個體。病毒的核酸如果是RNA，還需要經過逆轉錄為DNA的過程，這就更復雜了。除此之外，病毒的變異也非常復雜，能不斷產生新的病毒株，這就導致有時候藥物和疫苗并不能很好地發揮作用，科學家要持續地跟病毒賽跑。

新冠肺炎的病原體是一種逆轉錄病毒，人類正在研制各種抗病毒的藥物和疫苗，但幾年過去了仍未將其消滅，這足以說明其生命過程的復雜性。

生命世界的多樣性體現在遺傳的多樣性、物種的多樣性和生態系統的多樣性等多個層次，多樣性背后的機制是生物的遺傳、變異和自然選擇。

通過閱讀本書可以知道，有細胞的生物可以分為古細菌界、真細菌界、原生生物界、真菌界、植物界和動物界，界以下的分類階元包括門、綱、目、科、屬、種等。但這種分類更多是為了人類認識和研究生物的方便，有些生物可能會介于兩類相近的生物之間，比如有的生物就很難說到底是植物還是動物。

眼蟲是一種單細胞真核生物，大約有1/3種類的眼蟲體內有葉綠體可以實現完全自養。但有的眼蟲可能會在黑暗處變成異樣的——葉綠體變小甚至消失。如果讓這些眼蟲再回到有光的環境，幾個小時后它們可能又變綠了。盡管如此，眼蟲卻不能被看作是植物，因為它們是能夠運動的。

盡管生命世界具有多樣性，但它們卻遵循著統一的生命法則。組成生命的大分子無非是碳水化合物、蛋白質、核酸和脂質等少數幾個大類，組成蛋白質的氨基酸也只有20種左右，核酸只有脫氧核糖核酸（DNA）和核糖核酸（RNA）兩類，組成DNA的堿基也只有A、T、G、C四種。

不管是無細胞的病毒，還是有細胞的各種生物，都遵循中心法則，這就可以解釋為什么植食動物可以靠吃植物長大，新冠肺炎病毒為什么可以寄生在人體中并通過人與人的接觸而傳播。

如前所述，多樣的生命都有遺傳和變異現象，都要接受環境的選擇，經過或長或短的篩選，新的物種也有可能會誕生。

以上是針對生命世界來說的。就生物學而言，細胞學說、基因論、遺傳學說和進化論將整個生物學統一為一門自然學科。

就認識世界的方式而言，作為自然科學重要組成部分的生物學給我們提供了獨特的視角，特別是以探究實踐為核心的思維方式。

在本書作者看來，科學是一種思維方式。面對與科學相關的日常生活或社會重大議題，科學家通常是怎么看的呢？

他們往往不是直接創立定律，而是在提出假設后，盡可能地收集相關數據作為證據，使用各種方法分析數據，頻繁地使用各種圖表，用以分析和呈現研究結果，最終形成可以檢驗的解釋。這個調查和分析的過程，就是探究與實踐的過程，掌握了這些技能，人們距離像科學家那樣思考就更進一步了。

在本書的“調查與分析”欄中，作者給出了大量的研究事例。2022年的諾貝爾生理學或醫學獎頒發給了瑞典著名生物學家、進化遺傳學家斯萬特·帕博，因帕博對尼安德特人的基因組進行了測序，而尼安德特人是當今人類已滅絕的近親。

本書中呈現了一個相關的調查與研究分析事例。經過化石對比分析，尼安德特人比智人的大腦容積更大，那是否暗示尼安德特人比我們更聰明呢？書中提供了南方古猿阿法種、能人、直立人、智人、尼安德特人等多種原始人類的頭蓋骨大小及其所處的歷史時期，以引導讀者分析，基于哪些證據可以作出比較合理的推斷。

生物學家認識世界的方式絕不僅僅停留于對數據的分析，很多時候需要訴諸各種探究和實踐活動，比如觀察、實驗、野外調查等，這些活動往往是可靠數據的來源。

本書在這方面也給讀者提供了豐富的事例。比如，美國加州理工學院的馬修·梅塞爾森和富蘭克林·斯塔爾如何通過實驗驗證DNA復制的三種假說的可能性；達爾文的“貝格爾號”航行之旅；科學家通過雜交試驗、雙胞胎研究、基因敲除技術等方法分析基因對動物和人類行為的影響，等等。

這些內容向我們呈現了這樣一幅圖景，即生物學家認識世界的思維方式是多元的，可以為我們提供豐富的異質性信息，可以為人類認識自然界和認識自身提供強有力的證據。

像生物學家一樣思考，意味著以生物學家的思維方式來認識自然界、認識人類自身。為了幫助讀者更好實踐這一理念，本書精心設計了一系列學習欄目。

“作者角”欄目講述本書作者應用生物學的思維方式認識和處理日常生活的有趣故事；“今日生物學”聚焦DNA條形碼、種族和醫學、外來生物入侵、瀕危生物等當下的生物學熱點話題；“生物學與保健”則圍繞體育運動、日常飲食、基因保護、禽流感等流行病以及心臟病和癌癥等重大疾病的話題討論生物學與健康的關系；“深度觀察”則使讀者對重要生物學問題有更深刻的理解。

本書不僅可以作為社會大眾的生物學通識讀物，也可以作為高中生的大學先修教材。如果將其作為大學非生物學專業的通識教科書更有優勢，因為作者不但在每一章設計了學習目標、關鍵學習結果、本章回顧、章節測驗等欄目，還專門在開篇介紹了學習方法和將本書作為教科書的使用方式。除此之外，書中大量精美的插圖對于讀者理解復雜的生命過程也非常有幫助。