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【書評】掌管生命的量子力學

2016/1/10 — 12:08

牛頓的蘋果為何會出現在樹上?空氣、水份和泥土,是怎樣混合成為多汁而紅潤的果實呢?今時今日,科學家已初步了解一切生命賴以自我維持的生化機制,而詭異的量子力學亦涉及在其中。

《Life on the Edge:The Coming of Age of Quantum Biology》出版於2014年,作者是英國Surrey大學的物理學家Jim Al-Khalili和生物學家Johnjoe McFadden;兩人合作研究量子隧穿如何導致基因突變。透過物理來探索生物學的課題,是為生物物理學(biophysics)。《Life on the Edge》介紹的,就是這個研究領域。

例如說,嗅覺是怎樣一回事呢?熊和狼利用它來獵食,而小丑魚和三文魚更依靠它覓路回鄉;類似的例子多不勝數。觸發嗅覺的是氣態化學分子;那麼,到底是分子的那些性質導致了不同的氣味呢?而感官細胞又會怎樣分工呢?

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2004年的諾貝爾醫學獎,表揚了R. Axel和L. Buck研究嗅覺系統的結構和基因的成就。時至今日,科學家仍在嘗試找出嗅覺的生化基礎。傳統、主流的看法認為,分子的大小、形狀和功能群決定其氣味。

但正如《Life on the Edge》所指出,某些形狀相仿的分子氣味迥異。而改變了化學鍵結的振盪頻率後(而我們可以將鍵結描述為量子諧振子!),人類和果蠅聞到的味道都有所改變。傳統和新潮,到底誰是誰非呢?

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跟嗅覺一樣,不少生物物理的課題還沒有壓倒性共識。慶幸的是,兩位作者在討論科研成果時,都會加上引用來源,令讀者可以從原學術文獻中追尋科學思路的發展。

雖然兩人很明確地認為量子力學對生物來說舉足輕重,但至少他們以一定篇幅介紹了不同的理論和假說,並解釋了他們為何認為某個想法較為優勝。

討論過光合作用、呼吸作用、磁場感應等各色各樣的生物現象後,本書以生命最神秘的一面結尾:何謂意識呢?光合作用等尚屬傳統科學範疇,有成熟的化學和物理理論作為研究基礎。但意識呢?如果同樣的方程式描述了我們的大腦的和沒有生命的石頭,那麼兩者的分別在哪裏呢?感官刺激輸入了腦袋後,又是怎樣組成為想法呢?畢竟,牛頓不只是看到了蘋果樹,他還從這紅潤的果實中得到靈感,最後創建了力學理論啊!

同樣地,這還是個爭論紛紛的議題,但科學正因此令人振奮:千百年前古人只能臆測生命的各個面向,但現在我們卻能用量化方法和高科技儀器探索同樣的問題。科學家已經發展出利用光線控制神經元開關的技術(optogenetics),並期望能利用它來治療各種腦部和精神疾病。而基因工程的發展,亦到了讓科學家探索建構人工遺傳迴路的地步。

也許某一天,我們可以在試管裏培育出度身訂做的生命。道德上的爭論是必須的,而科學帶來的可能性是無限的。

原刊蘋果日報

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