顯微鏡下的科學革命-一段天才縱橫的歷史

前言

一九九七年，愛丁堡羅斯林研究所（Roslin Institute）的科學家在《自然》（Nature）期刊上發表了一項生物科學研究上的重大突破。魏爾邁（Ian Wilmut）與他帶領的研究小組，利用取自成羊乳房細胞的基因成功複製了一隻活生生的羊。這項研究的推動力來自於發展迅速的生物科技學界：科學家早已將遺傳工程技術應用於羊隻繁殖上，使其羊乳含有人類所需的重要蛋白質，用以治療囊腫性纖維化患者。複製技術出現後，贊助此項研究的商業公司將得以製造出一整群這類羊隻，以便大量生產這種新型的醫藥原料。這家公司的發言人表示，魏爾邁發展出來的複製技術終將能用於「培植」人類凝血因子，以治療血友病患者。

不過，複製羊桃莉並未受世人推崇為科學上的偉大創新，全球各地的報紙在震驚之餘，均對此一科學上的重大進展回應以道德上的嚴厲指控。新聞報導指出，這群蘇格蘭科學家由於盲目追求新發現，踏上了通往災難之路；瑪麗‧雪萊（Mary Shelley）的著名小說《科學怪人》（Dr. Frankenstein）早已提出鮮明的例子。再過不久，我們便將面臨可怕的夢魘，遺傳工程技術會被用以大量製造殺人不眨眼的士兵，父母也能決定自己的子女應該擁有何種心理及生理特質而加以訂做。最糟糕的是，一旦生育小孩不再需要精子，男人將被排除到邊緣地位，甚或完全遭到揚棄，而被扔進歷史的垃圾堆裡。

對現在的許多平凡人來說，科學家似乎是最大的敵人：一種冷漠無情、遙不可及且令人害怕的人物，一心一意為複雜的整體問題尋求解答，卻對其「干預自然」所產生的道德及人類價值觀等問題漠不關心。有人說，這種疏離不人道的科學活動存在於我們四周，一般人根本無法加以控制，其駭人影響力處處可見，包括在廣島與長崎投下的原子彈、在中東擴散的生化武器，還有化妝品和其他消費品製造商對動物進行的實驗。

以這種觀點來看，藝術與文學在人道上恰與科學處於相反的兩極。藝術家是可信賴的道德守護者：一小群忠誠的夢想家，深富學養且情感細膩，不但哺育我們社會的良心，並且維繫其價值觀與信仰於不墜。不過，就在複製羊桃莉出現的那一年，藝術家赫斯特（Damien Hirst）的作品《離群索居》（Away from the Flock）--一隻完整保存於甲醛裡的羊--剛好在倫敦皇家學院的「羶色腥」（Sensation）藝術展中展出，這場展覽引起了部分群眾的憤怒與眾家小報的抨擊，原因是赫斯特這類的藝術家並不願意對道德問題提供大眾易於接受的答案。這場展覽的抨擊者所無法接受的，是展覽品中明確表達出來的憤世嫉俗思想：赫斯特將整隻醃製的羊與切片過後的牛隻相鄰展出，唯一的目的就是要令觀眾感到驚駭，每一位驚魂未定的觀眾都必須自行評價自己的觀賞經驗。
就藝術而言--即使是前衛藝術--大眾和新聞媒體都期待藝術家能心繫社會及其當前的議題，並提出深入的洞見。赫斯特展出的醃製羊和切片牛隻似乎象徵了動物實驗與遺傳工程，但是卻不願表明其道德立場。不過，激怒我們的這項行為本身即已對二十世紀末的人類共識有所貢獻，所有評論「羶色腥」展覽的人，不論持贊成或反對的態度，都認為藝術家深入人世，而且藝術的想法與過程也和社會上的思想習慣緊密地交織在一起。騷動平息下來之後，公眾對於「羶色腥」展覽的廣泛討論還是對當代科學產生了深刻的解析，其效果並不遜於塞尚（Paul Canne）和雷諾瓦（Pierre-Auguste Renoir）等二十世紀初期藝術家所繪製之「符合美學」的作品。

就我個人而言，在我追求學問的過程中，從未感到有需要在藝術與科學之間二選一；在我出生長大的家庭裡，這「兩種文化」一直是和諧共存的。我母親的雙手以黏土塑出各種物品，我父親的雙手則為我們示範「人類這工具製造者」在遠古之前如何以打火石點火。用餐時，我們的談話內容涵蓋了牛頓（Isaac Newton）的地心引力定律及布雷克（William Blake）的詩；愛因斯坦與畢卡索對我們整體文化歷久彌新的貢獻，對我們來說就像是同一種類的心智創造力成果。這樣的家庭環境賦予我一種信念，亦即不論在科學或人文的領域裡，所有人類創造力的根源均來自於富有想像力的問題解決方式，我也因此深信在理智和美學上富有創意的人--科學家與藝術家--都同為地球村的一份子，而人類幸福所仰賴的「人類價值觀」則在他們的努力下不斷更新。

科學家並非心懷惡意的瘋博士，不會以製造出無法控制的怪物為樂。科學家和藝術家一樣，都是我們當中的一份子。科學家對於科學研究的追求是循著社會整體的興趣或憂慮而行，這種歸屬感和科學研究的協作本質，便足以使科學家對其研究工作所隱含的道德意義隨時保持警惕。只要看過一群科學家在現代的實驗室裡工作，就會知道科學研究並不單純只是對真理孤單而理性的追求；從實驗的設計到結果的記錄，科學研究工作充滿了熱烈的共同討論與爭辯，並且具備了一切人類活動共有的特質：充滿驚奇的頓悟時刻和共同分享的榮耀。任何領域的進步都是先以想像力的突然躍進為開端，此一躍進獲得其他成員的稱許之後，便會促使他們進一步付出努力。這種知識人類學足堪更深入的探討，西方的知識傳統是由創意、巧思、橫向思考和睿智的猜測形塑而成的，但這並非偶然的結果；就細部觀之，此一傳統不但有其方向，而且其所帶有的價值觀源自於一種共同的準則，亦即我們日常生活遵循規範的延伸。

一如往昔，堅持區分科學與藝術的人總是聲稱藝術與科學的區隔是晚近才出現的現象。達文西（Leonardo da Vinci）精通彈道原理，因而為他的貴族雇主設計出攻城機器，同時又能巧妙運用色彩畫出流傳千古的《蒙娜麗莎》。有人認為，今天已沒有人能夠兼備「硬」科學的嚴格思考訓練和現代藝術的靈巧心思了，我認為這是一種誤解；我相信科學與藝術從古至今都不是各自獨立，而是在兩個大致不同卻偶爾相互重疊的領域裡共同構成許多為人熟悉的活動。

兩者的交會點--不同種類天才的重疊之處--則是科技的創造力，「天才」（ingenious）與「工程師」（engineer）這兩個詞語衍生自同樣的字源（「ingenium」：心智能力、聰穎、天賦英才）並非偶然之事。伽利略（Galileo Galilei）製造出實用的望遠鏡之後不到五十年，虎克（Robert Hooke）與列文虎克（Antoni van Leeuwenhoek）等顯微鏡專家便利用相同的透鏡技術發現了原蟲與人類精蟲，並且開始建構生物理論以解釋他們目睹的事物，荷蘭藝術家也利用同樣的科技繪出美麗無比的靜物畫。直到今天，科技依然是純科學的重要驅動力--威爾金斯（Maurice Wilkins）的X光繞射圖使克里克（Francis Crick）與華生（James Watson）得以朝正確方向邁進，終致發現去氧核糖核酸（DNA）的基本結構；法蘭克琳（Rosalind Franklin）利用更高深的技術所攝的照片則令他們的說法獲得證實。

這就是我要在本書探討的主題。我有歷史學家的脾氣，相信我們今天面臨的難題都能從過去找到最好的解答，因此我要檢視科學在歐洲「發展」史上關鍵時刻逐漸出現的過程。知識觀在十六、十七世紀的改變讓許多人認為是西方歷史上最重要的「事件」--也就是所謂的「科學革命」--那段時期出現的思想突破和科學進展至今仍是現代生活中各個範疇的形成核心。十五世紀和十六世紀初期，國際貿易及富裕階級對於消費性「世俗財貨」的需求激發了歐洲在藝術與學問上的文藝復興，這場消費者革命大大拓展了歐洲人的視野，造成的結果之一就是科學革命的知識進步。十七世紀的科學發展不但符合文藝復興引發的全球化利益，甚且有推波助瀾的功效。
在哲學家洛克（John Locke）重塑可理解的概念、科學家波以耳（Robert Boyle）以坩堝加熱水銀，以及伽利略把球滾下斜坡之前，現代世界的初期原本處於一片混亂與變動中。我在書中探討了促使人文與自然科學相互融合並成形的驅動力，所挑選的每個影響因素--包括精準的時間測量、借助儀器的天文觀測、動植物的育種、航行科技的進展、化學物質分析、自然曲線的數學原理--都是現代思想及其衍生出來的活動之重要基礎。隨著基礎的不斷累積，後代子孫將能夠更容易辨識出他們應致力解決的問題；這些關鍵改變造成的後果圍繞著知識的探求者，他們居住的世界也由這些後果形塑而成。
這些重大的科學發現與現代世界初期的日常生活是密不可分的，我們今天擁有的世界觀即是由許多關鍵問題的解答逐漸形塑而成，而造成那些問題的奇特事件也絕非只有一小群知識菁英感到關切：兩顆異常光亮的彗星連續出現、新科技產品（例如顯微鏡）的上市、新商品（例如可可或咖啡）在獨具慧眼的消費者喜愛下「起飛」、外地輸入的自然物質（例如大黃或奎寧）經證實具有療效，這種種事物均深受大眾關心。

由於科學源起於人類日常生活中關注的事項或是面臨的壓力，因此其研究發現最終也必須讓所有人知道。科學進展應該也要對平凡的大眾富有意義，因為那些亟需解決的問題就是從我們每個人共同參與的生活中產生的。我們也許不懂科學術語，也可能看不懂高深的數學算式，但我們都應該知道，複製出桃莉羊的 實驗人員藉由其研究成果使我們大量製造新藥物對抗世上新出現的可怕疾病。

本書以一六八○與一六八一年間出現的兩顆彗星所引起的事件為開端。在這個「雙胞」彗星事件的發展過程中，我們會碰到一大群科學革命中不為人熟悉的知識菁英--虎克、哈雷（Edmond Halley）、菲蘭史堤（John Flamsteed）、穆爾（Jonas Moore）、赫維留（Johann Hevelius）、卡西尼（Gian Domenico Cassini）--以及較為人知的牛頓和雷恩（Christopher Wren）。這些較不為人知的「地域性」人物都是新知的潛心追求者，在他們豐富而忙碌的生活中，於咖啡廳與人討論和與外國知識菁英通信等活動之重要性，並不亞於辛勤的獨自研究與實驗，他們是當時成功知識份子的模範。這些人會一再出現在本書的各個章節裡，而且是在最意想不到的地點。他們的足跡遍及歐洲、東印度群島及美洲，追尋各種不同的目標，懷有的動機則混合了自利、投機、好奇以及純研究目的等因素。

我們從若干出現於十七世紀的儀器開始談起：顯微鏡、望遠鏡、擺鐘、均衡彈簧錶及氣泵，這些儀器後來都成為科學進步的主要動力。書中聰穎的主角們藉由這些儀器踏上了探索自然世界的奇妙新旅程，他們觀察的對象小自淡水蝦的消化系統，大至太陽系裡環繞著行星運轉的衛星。科學領域裡某些最著名的問題--例如海上的經度如何測量、人類血管及呼吸系統如何運作--就在這些研究過程中出現並獲得解決，這些問題和解答大都是儀器取向的。

我們接著談到地圖的繪製及南北美洲、非洲、印度、中國、日本等地出現的博物學上大發現--例如新的行星、動物及礦物--對科學原理造成的影響，到了這時候，我們已然熟悉的這些人物不免就要在軍事及政治影響的環境下從事研究工作了。他們在政治動盪的時代裡，在海外人跡稀少的殖民地上，持續鑽研著天文學、製圖學、植物學及礦物學等各種學問。在歐洲，商業利益及消費需求對植物學和昆蟲學這類「純」科學也產生重要的影響；同時，像是斯隆（Hans Sloane）及佩第維（James Petiver）這類藉著投資可可及奎寧等新藥物的投機生意而賺取大量財富的人物，則因為熱中於蒐集稀有的科學標本，而以他們的財富資助標本採集活動，並且也收購其他收藏家的完整收藏品。這種人後來成了現代公共博物館的創始者，而他們博雜的收藏也形塑了像大英博物館這類地位崇高的博物館。

此外，新科學的傳播過程也是當時手寫和印刷通訊爆炸的重要結果，當時的通訊爆炸不但影響了新科學的本質，也預設了其未來的部分發展方向；舉例而言，倫敦皇家學院的主要工作之一就是處理歐洲各地的科學愛好者寄來的信件。在那個時代，一般人也會建構龐大的私人圖書館；不過，部分私人圖書館也在那個時期發生的倫敦大火中付之一炬。

在本書最後，我會回頭敘述克里克與華生發現DNA結構--遺傳學的深層結構--的精采歷史，這段歷史的依據則是華生在一九六八年出版的暢銷書《雙螺旋》（The Double Helix）當中的自述。一九五三年三月的這項突破不但增進了人類對遺傳特質的了解，因而引導著目前的人類基因組計畫，同時也促成了遺傳工程的發展而導致四十五年後複製桃莉羊的創舉。我認為這段歷史和十七世紀發生的事件之間相似程度高得離奇，這是因為科學研究從古至今都不曾改變--過程中均充滿了巧合、富有創意的誤解、錯誤的方向、瞬間出現的機會、對資助者的妥協及個人的靈感巧思。