生物的納米世界

■ 潘震澤

近年來，“基因”與“納米”這兩個詞，不但是報章雜志最熱門的科學報道題材，同時也是政府投資最巨的兩個項目。有朋友將兩者戲稱為“蛋炒飯”，雖然此“基”非彼“雞”，此“米”非彼“米”，但也頗為傳神。

按一般的認知，基因屬于生物學家研究的范疇，納米則屬于物理及工程的領域，但科學研究跨行跨界的，比比皆是，不足為奇。學物理的多有人涉足生理及分子生物的研究，學生物的人更是經常在微觀的納米世界遨游，這只怕是行外人不能想象得到的。

古典的生物學屬于描述性的學問，無論形態、分類、生命史、生態等，多是記誦之學，比起數學、物理、化學等以計算為主的“硬”科學來，只能算是“軟”科學。

生命現象究竟是以化學還是以物理解釋為佳，科學史上曾有過激烈的爭執，從而分成化學醫學及物理醫學兩派。化學醫學的祖師爺黑爾蒙特主張所有的生命都來自化學反應，像是消化、生長、發酵等；而物理醫學的代表巴格利維則認為生命現象必須以楔子、天平、杠桿、彈簧以及所有其他的機械原理來解釋。18世紀的英國醫生漢特在演講時發表過一番揶揄之詞：“有些生理學家會說胃是個碾磨廠，有的說是個發酵槽，還有的會說是個燉肉鍋；依我看來，胃既不是碾磨廠，也不是發酵槽，更不是燉肉鍋。在座諸位，胃就是胃。”

物理醫學與化學醫學之爭，當然早已告終，生命現象必須同時以物理及化學原理解釋，已成公認的事實。然而，現在的生物教學，尤其是奠定基礎的中學教育，卻仍然少了這樣的體認，非常可惜。對生物有興趣的，物理、化學下的工夫不足，學理工的，又少了些生物學的知識，兩者都有所欠缺。目前生物學里只有少數傳統分支或許還可以置身事外，但真正尖端的研究絕對少不了物理與化學（還要加上數學）的幫助。數學、物理、化學底子越好的人，越能夠有所創新及突破，否則也就只能做些補充或模仿的二流研究。

生物學進入真正科學的領域，量化是一項重要指標，這對于一向以描述、記誦為主的學子來說，一開始是不容易適應的。我在美國念研究所的頭幾年，聽老師之間的交談，對于他們隨口可以說出細胞內外離子的強度、血中氣體、葡萄糖及荷爾蒙的濃度，以及各種生物構造的規格數字時，我都只有茫然以對，既無概念，也無能力分辨對錯；直到多年以后，才足以并駕齊驅。這份挫折感，遺留至今。

其實生命的現象，本在微乎其微處發生。人肉眼可分辨的極限在0.1毫米左右，只有在光學顯微鏡發明以后，將物品放大數百至上千倍，人類才看到了以微米為單位的細胞。至于細胞里頭更小的胞器、細胞與細胞的間隙、比細胞還小的病毒，甚至蛋白質及核酸等組成細胞的分子，就落入了納米的范疇，只有放大幾十萬倍的電子顯微鏡才可以觀察得到。至于“毫”、“微”以及“納”的量詞，是以10－3往下遞減，不單用在長度，也用在體積及重量的單位。

譬如血中的荷爾蒙，多是小分子的氨基酸、類固醇及蛋白質類，以濃度而言，都在每毫升幾納克，甚至皮克（“皮”比“納”又再降一級）。有人形容其量之微，就好比將一茶匙的食鹽溶在一個標準游泳池的水里一樣。像這樣低的濃度，早已超過任何以物理原理制作的天平所能計量的范圍。40年前，有人想到了結合生物的抗原抗體反應與物理的放射性元素特質，而發明了放射免疫測定法，成功測得了血中荷爾蒙的濃度，也徹底改寫了內分泌學。

如今納米科技在生物醫學的應用更多更廣，以納米規格制造的微型器械應用在疾病的檢驗、診斷和治療上，潛力無窮。追根究底，生命的組成及反應本屬于納米的世界，如今與納米科技結合，誰曰不宜？