11月14-16日應中興大學生物物理研究所的邀請, 到惠蓀林場參加第二屆的生物物理研習營. 這個會的安排是以少少的演講, 留下非常多的閒聊與討論時間, 並要求與會學生在有限的時間與資源下提出構想參與競賽. 這是我個人覺得相當棒的地方. 這與一般生物科學研究者所舉辦的研習會得在短時間內run完一堆演講, 然後所有的討論都在時間不足下草草結束是相當不同的. 研習會結束後, 有兩位同學寫信給我們, 他們的問題相信也是其它同學的問題, 因此我們把他們的問題以及我們的回應與建議張貼在這個blog中:Q: 老師你好：我是上個禮拜去參加生物物理研習營ＩＩ的中興物理系學生，想請問老師一些關於自己的問題，因為自己本身是一個物理系的學生，不免的以物理學家自詡之。然而，在這次的營隊之後，發覺自己有些迷惘，一些生物上的問題，對於生物學家來說是非常有趣的，因此能夠發覺並設法研究，這點是工程及物理學家所不及的，至於工程學家，總是能夠將技術做的專精，提供生物學家幫助，如力學等等，那物理學家的定為位何呢？讓我手足無措。因此想請教老師，究竟有什麼樣的問題，能夠藉由一位物理學家協助，又或是老師曾經與什麼樣子的物理學家共事過嗎?
A: 在短短兩天半的研習營裏, 其實我看到了很多的問題. 例如物理系學生對生物(活物)的概念與態度明顯與生物相關科系學生是完全不同的, 而對許多生物現象的認知是有落差的, 所以才會想出把電鰻皮剝掉測絕緣性還有什麼在嘴裏塞電極之類感覺像是在製作握壽司的protocol, 或是通常以人類主觀的意念問出很多"牠們為什麼這樣或不這樣, 牠們會不會想到怎樣而怎樣"的問題. 事實上生物科系的學生可能只對"生物現象"有較多的聽聞與近身觀察, 不過面對一個生物問題的時候, 缺乏可用工具與知識背景的窘境其實並沒有什麼差異. 整體來說我在兩天半的研習會中看到了幾個"學生所提出問題的問題".
- 完全以人類角度思考生物問題: 所以才會問出"用跳的比較舒服"或"牠會不會在發現這種擬態沒用時換另一種斑紋"的問題. 這些問題內部本身就有好幾個邏輯斷層: 生物不會換衣服, 斑紋不是想換就可以換, 生物就算可在短時間內變色也有遺傳, 生理與形態上的限制(constraint), 我們不能預設所談論的生物是有主控意識的, 生物議題得考量不同的時間格局, 可能是幾秒, 當下, 一個季節, 一個生命週期, 也可能是一個性狀在幾百萬年間的變化.
- 認為生物就像組裝電腦或重灌軟體一樣有很高的可操控性與可預測性: 事實上, 即始身為生物學家, 不同學門之間對生物材料可操控性與可預期性的態度也有相當大的落差. 有些生物學家可能一輩子都沒有進行過個體生物研究, 面對的是細胞分子層級的議題, 因此自然就不會認為生物的意識, 行為, 巨觀環境的變遷是存在於他的世界的 (是的, 每個人都有自己的世界觀), 而有些人一輩子的研究都是田野調查, 因此實驗科學中的可操控性, 可再現性與可預期性對他來說可能就是荒謬的.
- 缺乏對一個完整科學過程的認知與落實經驗: 什麼是完整的科學過程呢? 也就是對現象的觀察, 提出問題與假說, 設計實驗, 對結果進行研判與討論, 進而獲得對假說的驗證或得到新的理論. 這樣的過程相信大多數的學生都能夠理解, 然而當真的面臨一個現象與議題的時候, 學生通常是手足無措不知從何開始, 因此提出來的proposal就是支離破碎且充滿了邏輯上的謬誤. 所以我經常見到一個題目本身就是一個大哉問, 例如"袋鼠為什麼要用跳的?" 這個問題的本身就是個問題. 就生物學家的邏輯來說, 我們會認為袋鼠本來就是用跳的啊~~如果我們希望能夠理解袋鼠的跳行有什麼對生存的好處, 那麼應該比較的應該就是其它不進行跳行的有袋類動物在構造上是否有所限制? 跳行真的節能嗎? 在什麼樣的環境下是節能的? 雨林還是礫漠? 在生殖季還是非生殖季? 腿部發育與其它身體部位是否具有異速發育的關係? 等等等....而不是自顧自地想出什麼"跳一跳會比較舒服"之類的想像(這完全不夠成問題或假說). 也就是說, 一般來說學生唸的書很多, 但吸收到的知識太少, 對知識的探索太淺, 對知識與知識間的聯繫, 真偽, 差異, 時序, 與交會缺乏推理, 歸納與陳述的能力. 所以大多數的proposal看起來都是不可行的. 什麼是不可行呢? 對現象的瞭解太有限, 對該議題的研究歷史與脈絡不清楚, 把問題與假說混為一談, 對於應掌握的知識與可利用的技術完全不知道, 忽視數據的性質與統計的重要性. 當然, 如果以上都沒有, 更不要說對結果的解讀, 討論, 與延伸了.
- 物理學家在一個生物議題的角色倒底是什麼呢? 以上所說的, 其實都不是針對物理系的同學所說的, 而是一般學生的共同問題. 把以上的問題弄懂以後, 才能往下談 - 生物物理研究倒底是什麼? 是以物理概念詮釋生物現象? 還是以物理技術解決生物研究瓶頸? 或是以生物材料進行物理研究? 而這個生物倒底是分子? 細胞? 個體? 還是群聚? 在冒然提出一個計畫之前, 應該要先弄清楚這個問題的中心議題倒底是bioigy還是physics? biology是background還是主體? physics倒底是strategy? techniques? 或只是配角? 舉個例子來說, 蝶翅鱗片微細結構中光晶體的光學性質是一個物理議題, 研究的主體是生物的組織, 研究方法是物理, 結果的呈現與詮釋也都是物理. 但若這個問題是 - 蝶翅光晶體光學性質在共擬態物種間的比較, 那麼研究的主體是生物組織, 但引發這個問題的起點是生物學, 研究方法是物理的, 但最後的詮釋則是生物的. 至於什麼"袋鼠跳行是否節能"的命題, 則要謹慎地弄清楚我們在這邊談的是生理代謝上的energy cost還是力學上的energy? 稍有一點弄不清楚, 或思考得不夠細緻, 不管做多少的實驗與努力都不會成為一個真正的"生物物理"研究.
圖片連結: Niels Bohr Institute
