上一堂輕鬆的科技小史: 從基因工程到人工智慧, 數理學渣也能快速上手的科技課 | 誠品線上

上一堂輕鬆的科技小史: 從基因工程到人工智慧, 數理學渣也能快速上手的科技課

內容簡介

內容簡介 ★數理學渣也能輕鬆all pass的科技課★髮旋能決定性格嗎？生物體為什麼這麼熱愛「螺旋」？藍芽竟跟丹麥國王有關？人工智慧會威脅人類的未來嗎？▼人人避之唯恐不及的愛滋病，到底從哪裡來？▪同性戀說 已被否定。如果愛滋病是由同性戀所導致，那麼古代肯定就已經有了，為什麼在現在才開始傳播？▪武器說 有人認為，愛滋病毒是美國軍曾利用基因重組技術製造出來的新病毒，目的是用於生物戰！▪猴傳人說 研究發現，非洲一種猴子帶有與人類愛滋病相同的病毒，而中非許多國家也比美國更早出現愛滋病。於是有人假設說：因為當地人經常吃猴子肉及被猴抓傷，這種病毒便侵入人體，最後演變為愛滋病！▼羚羊角膜＋人眼？器官移植的血淚史▪1840年，愛爾蘭內科醫生比格，成功將從羚羊的角膜移植到人的眼球上，完成人類第一場組織移植手術！ ▪1905年，亞歷克西斯將一隻小狗的心臟移植到了大狗頸部的血管上，首次在器官移植中成功縫合血管！▪1950年代，休謨在美國把九個屍體捐贈者的腎臟移植到人體上，其中最長的存活了六個月 !……器官移植成敗的關鍵是什麼？未來腦移植有可能成功嗎？▼窒息、產生幻覺、全身潰爛！生化武器知多少根據不同的特點，生物戰劑可分為以下幾類： ▪糜爛性毒劑 這是一種能引起皮膚起泡糜爛的毒劑。人或牲畜中毒後，會緩慢而痛苦的腐爛死去，且沒有特效解藥。▪窒息性毒劑 這類毒劑會損害人或動物的呼吸器官，中毒者幾分鐘內就會因反射性呼吸、心跳停止而死亡。▪全身中毒性毒劑 這是一類破壞人體組織細胞氧化功能、引起組織急性缺氧的毒劑，戰爭時的使用狀態為蒸汽狀，主要透過呼吸道吸入中毒，中毒者呼吸困難，重者可迅速死亡。 ▪失能性毒劑 這是一種能讓人的思維和運動機能暫時發生障礙，中毒者會瞳孔散大、頭痛幻覺、思維減慢、反應呆痴，甚至死亡。▼十大超越人類極限的技術…… ▪如果靈魂不存在，那麼意識為什麼不能上傳？ 一旦我們否認了非實質性靈魂的存在，我們就必須承認精神也是安裝在肉體之上的一種物質形式，那麼為什麼不能說智慧和意識也能透過其他形式存在呢？ ▪核醣核酸干預，通向永生的那一扇門 核醣核酸（RNA）干預可以將不好的基因剔除，那麼只要利用幹細胞、基因療法和其他技術對人體定期維修，就可能最終完全制止人體的衰老！ ▪如果你想要復活，願意被冷凍嗎？ 如果子在自然死亡前被冷凍起來會怎樣呢？事實表明：這樣做，體內產生的冰晶體不會損壞細胞，也就是暫停了死亡──但是，一個經冷凍處理的人，能適應幾百、甚至幾千年後的全新生活嗎？ 從茹毛飲血的洪荒時代，進入日新月異的資訊時代， 人類發展史，同時也是一部科技發展史！ 本書以全新的視角，揀選了近代生命、人體、能源、材料、天文、智慧等多方面的科學發現，並在每一小節內容的後面添加了小知識，妙趣橫生的對前文進行了補充和梳理，讓非工科出身的讀者，也能在波濤洶湧的科技洪流中輕鬆衝浪！

作者介紹

作者介紹 侯東政侯東政，物理系出身，卻對生物與化學有濃厚的興趣，每次轉到國家地理頻道都看得非常入迷。平時除了在研究室做實驗，喜歡到一旁的河濱公園打球紓壓，最喜歡的書是康拉德《所羅門王的指環》，著有暢銷書《這堂生物課很會》、《0負擔天文課》。

產品目錄

產品目錄 前 言 生命醫學探奇 尋找生命的起源 新知博覽─ 試管嬰兒 解密人類基因組計畫 相關連結─ 基因突變 破解光合作用的玄機 相關連結─ 關於光合作用的謎團 生命為何偏愛螺旋結構 延伸閱讀─ 認識基因工程 人類為何會得癌症 相關連結─ 癌症是如何轉移的 點擊伊波拉病毒 相關連結─ A 型H1N1 流感病毒 DNA 指紋鑒定的祕密 相關連結─ DNA 親子鑒定 基因改造技術是怎麼回事 新知博覽─ 警惕基因汙染 複製技術探祕 相關連結─ 人體藝術複製 愛滋病從哪裡來 延伸閱讀─ 愛滋病的傳播途徑 醫學成像技術可透視人體構造 新知博覽─ 超音波診斷 器官移植術的發展 相關連結─ 人工心臟 解密人體科學 大腦的祕密 相關連結─ 人用的最多的是左腦 生理時鐘是怎麼回事 小知識─ 利用生理時鐘，提高記憶力 睡眠時為何會做夢 相關連結─ 睡覺時為何會流口水？ 人體輝光現象 奇聞軼事─ 不同輝光代表的含義 認識人體的潛力 延伸閱讀─ 人類的生理極限 人的記憶力能否增強 新知博覽─ 人的頭顱可以移植嗎 左右手的奧祕 相關連結─ 左撇子的人智商高 奇妙的人體磁場 新知博覽─ 人體能自己調節體溫嗎 人體各器官壽命有多長 新知博覽─ 什麼是人造肝臟 人類究竟能否長生不老 相關連結─ 勞動者長壽 胎兒在母體中怎樣生活 相關連結─ 胎兒在子宮裡有記憶嗎 人有「第二大腦」嗎 相關連結─ 男女大腦有所不同 髮旋能否決定人的性格 相關連結─ 頭髮的顏色與健康 人為什麼會感到疼痛 相關連結─ 腰痠背痛並非因為缺鈣 延伸閱讀─ 人體酸鹼度測試 神祕的物理現象 宇宙中的第五種力 相關連結─ 反重力之謎 真空的祕密 新知博覽─ 反粒子現象 光的神奇本質 相關連結─ 超光粒子 微中子的質量探索 相關連結─ 微中子震盪 原子彈的巨大威力 相關連結─ 原子彈用於實戰的一次 認識可燃冰 延伸閱讀─ 一百度的水為何會不沸騰 水的第四態 點擊謎團─ 什麼是玻璃水 金屬玻璃的奧祕 延伸閱讀─ 金屬疲勞 匪夷所思的反重力技術 新知博覽─ 反重力推進的奧祕 能自我修復的塑膠 新知博覽─ 認識生物塑膠 現代科技發展探索 微生物與高科技 新知博覽─ 細菌電池 海洋能源的發掘 延伸閱讀─ 主要國家海洋能源開發現狀 雷射擊毀目標之謎 相關連結─ 什麼是雷射雷達 藍牙技術的實現 相關連結─ 藍牙與紅外線的比較 電腦特效的廣泛應用 延伸閱讀─ 揭祕數位電影 展望燃料電池的未來 新知博覽─ 金字塔能 太空梭帶來的成就 相關連結─ 「黑盒子」的由來 粒子對撞機 相關連結─ 粒子加速器 VR─ 「虛擬實境」技術 新知博覽─ 神祕的超導現象 人工智慧能否取代人腦 新知博覽─ 探測生物導彈 磁浮列車的原理 網路時代催生電子書 延伸閱讀─ 什麼是網路電視 可怕的生化武器 相關連結─ 世界最危險的三大生化武器 全球衛星定位系統是怎樣定位的 相關連結─ 全球四大GPS 系統 十大超越人類極限的未來技術 新知博覽─ 讓機器人像人一樣行走

商品規格

試閱文字

自序 : 前 言
人類社會的發展史基本上可以概括為一部科技發展史。從茹毛飲血的洪荒時代進入到高速發展的資訊數位時代，科技充分顯示了它強大無比的穿透力和覆蓋面。
我們必須承認科技的力量，作為一把奇異的劍，它可以大大促進生產力的發展，化腐朽為神奇。當然任何事物的發展都並非一蹴而就、一帆風順，在探索科技的同時，科學家們也承受了許許多多困惑、迷茫與無奈。今天的科學技術之所以能突飛猛進，讓我們的生活當中處處充滿科技，造福人類社會，正在於人們的不斷堅持，不斷努力。
本書以全新的視角，詳細都從生命醫學、人體科學、諸多神祕的物理現象以及現代高速發展的科技等幾個方面入手，講述了生命、人體、能源、材料、天文、智慧等多方面的科學發現。與此同時，我們還在每一小節內容的後面添加了小知識，既有科學性又有趣味性，既有知識性又有理念性，妙趣橫生的對前文進行了補充和梳理，同時也幫助讀者獲得了更多的知識滋養。

試閱文字

內文 : 生命為何偏愛螺旋結構
多姿多彩、妙不可言的生命現象，歷來都是人們最關注的課題之一。一批批生物學家在探索生物之謎的過程中，為之奮鬥以至獻身，以卓越的貢獻揚起生物學「長風破浪」的航帆。今天，當我們打開群星閃耀的生物學史冊時，對J．華生（Jin Watson）、F．克里克（Francis Crick）的傑出貢獻，不能不予以格外關注。就是這兩位科學巨匠，在五十多年前提出了「DNA雙股螺旋結構模型」的驚世觀點，翻開了分子生物學的新篇章。如果說在揭示生物演化發展規律、推動生物學發展方面，十九世紀達爾文演化論具有里程碑意義的話，那麼，DNA雙股螺旋結構模型的提出，則是開啟生命科學新階段的又一座里程碑。以它為起點，人類開始進入改造、設計生命的征程。
雙股螺旋結構的發現
儘管浩繁紛雜的生物千差萬別，但從最小的病毒到大型的哺乳動物，不論哪個種類，都能把自己的特性毫無例外的一代代傳承下去；但無論是親代與子代，還是子代各個個體之間，又總會存在差別，即便是雙胞胎。人們經常用「一母生九子，九子各別」和「種瓜得瓜，種豆得豆」兩句諺語，生動的概括存在於一切生物中的這一自然現象，並為揭開遺傳、變異的奧祕進行了不懈的探索。
有人早在十七世紀末，就提出過「預成論」的觀點，認為在性細胞（精子或卵細胞）中，預先包含著一個微小的新的個體雛形，所以生物能把自己的特性特徵傳給後代。不同的是，精原論者認為這種「微生體」存在於精子當中；而卵原論者則認為存在於卵子之中。
然而無論在精子還是卵子中，人們根本見不到這種「雛形」，所以這種觀點很快就被事實所推翻。取而代之的理論是德國胚胎學家沃爾夫提出的「漸成論」：在個體發育過程中，生物體的任何組織和器官逐漸形成。但這無法解釋遺傳變異的操縱者究竟是何物？
　　第一次提出了「遺傳因數」（後被稱作為基因）的概念是在西元一八六五年，奧地利遺傳學家孟德爾闡述了他所發現的分離法則和自由組合法則，並認為這種「遺傳因數」是決定遺傳特性的物質基礎，存在於細胞當中。
　　一九〇九年，丹麥植物學家詹森用「基因」一詞代替了孟德爾的「遺傳因數」。基因從此便被看作是功能的基本單位、生物遺傳變異的結構和生物特性的決定者。
　　一九二六年，美國遺傳學家摩爾根發表了赫赫有名的《基因論》。透過大量實驗，他和其他學者證明：基因是組成染色體的遺傳公司，它在染色體上占有一定的位置和空間，呈直線排列。這樣，就使孟德爾提出的有關遺傳因數的抽象假說落實到具體的遺傳物質──基因上，為後來研究基因結構和功能進一步奠定了理論基礎。
　　即使這樣，人們當時並不知道究竟基因是一種什麼物質。直至一九四〇年代，當科學家認識了核酸，特別是去氧核醣核酸（簡稱DNA），是一切生物的遺傳物質時，基因一詞才總算有了確切的內容。
　　一九五一年，科學家在實驗室裡研發出DNA結晶；
　　一九五二年，得到DNAX光繞射圖譜，發現進入細菌細胞後，病毒DNA可以複製出病毒顆粒……
　　有兩件事情，在此期間是直接促進了DNA雙股螺旋結構的發現：一是美國加州大學森格爾教授發現了蛋白質分子的螺旋結構；二是在生物大分子結構研究中獲得有效應用了X光繞射技術，為之提供了決定性的實驗依據。
　　美國科學家華生與英國科學家克里克的合作，正是在這種科學背景和研究條件下，透過分析研究了大量X光繞射材料，提出DNA的雙股螺旋結構模型，由此建立了遺傳密碼和範本學說。
　　此後圍繞DNA的結構和作用繼續開展研究，科學家們也取得了一系列的重大進展，並且於一九六一年成功破解了遺傳密碼，無可辯駁的證實了DNA雙股螺旋結構的正確性，從而使沃林、克里克和威爾金斯於一九六二年一起獲得諾貝爾醫學生理學獎。
生物大分子螺旋
　　雖然人類設計馬路與建築時都喜歡筆直的線條，但大自然並不贊同這種選擇，而是更偏愛螺旋狀的捲曲結構。決定生命形態的DNA結構、影響我們後天美醜特性的蛋白質結構，以及我們日常所需的食物的主要成分澱粉等，全部都是螺旋結構。
　　生物的大分子DNA、纖維素結構、蛋白質澱粉中，都存在螺旋結構。就連我們所熟知的包含著人體的遺傳資訊的遺傳物質DNA，也是雙股螺旋結構。父系與母系在受精卵中的各一條鏈相結合，就產生了結合了二者資訊的新生命。不過，雙股螺旋結構只是DNA最重要的一種結構，也可能形成其他結構。當雙股螺旋體的一部分解開時，就可以形成三螺旋或其他結構，而其中一條DNA鏈摺疊了回去。
　　蛋白質中的螺旋與DNA的雙股螺旋結構相比，是由胺基酸經脫水組成的單鏈螺旋，它末端運動有較大的自由度，可以組成三圈螺旋，三圈螺旋還可以變成摺疊的樣子。在這種意義上，摺疊可以說是螺旋的一種特殊形式。
　　人體中的蛋白質就是由摺疊結構與螺旋複合而成的複雜結構。比如：膠原蛋白作為人體中重要的蛋白質，就是由三條肽鏈扭成「草繩狀」三股螺旋結構，其中每條肽鏈自身也是螺旋結構。眾所周知，蛋白質占人體的百分之十六左右，而體內蛋白質的百分之三十至百分之四十是膠原蛋白，主要存在於骨骼、皮膚肌肉、內臟、牙齒與眼睛等處。
　　不僅僅是遺傳物質和蛋白質，我們的主要食物澱粉和所穿棉衣物中的主要成分棉纖維，也大多都是螺旋結構。
螺旋生物體
不僅生物大分子，整個生物體的組成部分或生物體的形狀，有時也可能是螺旋體的構型。大家常聽說的螺旋藻就是這樣的一種生物，其名字的由來就是因為在顯微鏡下觀察時形體呈螺旋狀。
地球上最早出現的光合生物就是螺旋藻。研究表明，螺旋藻是有已被發現的所生物中營養成分最豐富、均衡、全面的海洋生物。它的由多醣類物質構成的細胞壁，極容易被人體所消化吸收，吸收率可達百分之九十五以上。此外，螺旋藻中還富含各種活性物質如胡蘿蔔素、亞麻油酸等，能疏通血管、清除血脂和保持血管彈性，對防治心、腦血管疾病有很好的幫助作用。
　　幽門螺旋桿菌，它寄居在人體胃內，也是因呈桿狀、螺旋形而得名的。對許多細菌胃酸都具有很強的殺傷力，但是卻奈何不了幽門螺旋桿菌。因為埋藏在胃壁表面黏膜下方的幽門螺旋桿菌，可以分泌一種能中和周圍環境中強酸的物質；而且，幽門螺旋桿菌很愛對我們的免疫系統「挑釁」，經常刺激免疫系統發動初步的無情反擊，從而導致發炎，使感染幽門螺旋桿菌的人常會出現沒有症狀的胃炎（即胃黏膜發炎）。在進入中年之後，人們會很容易得這些病，這都是拜幽門螺旋桿菌所賜。
　　上述這些生物體本身都呈螺旋狀，不過有些生物還要透過螺旋形狀來實現它們的獨特功能。水黽之所以能在水面上行動自如，就是利用了其腿部特殊的微奈米螺旋結構效應，不管是狂風驟雨，還是在急速流動的水流中都不會沉沒。其原理是在這些取向的微米剛毛和螺旋狀奈米溝槽的縫隙內，可以有效的吸附空氣，從而在其表面形成一層穩定的氣膜，有效防止了水滴的浸潤，從而表現出超強的疏水（即不浸水）特性。科學家對水黽腿部進行力學測量後發現：一條腿在水面的最大支撐力，可以達到其身體總重量的十五倍。
生命為何「偏愛」螺旋結構
透過上面的講述我們可以得知，大自然中幾乎到處都存在著螺旋。而許多在生物細胞中發現的微型結構都採用了這種螺旋構造，它是自然界最普遍的一種形狀。
那麼，為什麼大自然會如此偏愛這種結構呢？科學家對此給出了合理的解釋。
　　美國賓州大學的蘭德爾．卡緬教授指出，從本質上來說，非常長的分子聚成螺旋結構在擁擠的細胞（如一個細胞裡的DNA）中，是一個比較合理的方式。在細胞稠密而擁擠的環境中，長分子鏈經常採用的是規則的螺旋狀構造。之所以這樣構造，好處主要有兩點：一是能使資訊緊密結合在裡面；二是可以形成一個表面，使其他微粒與它在一定的間隔處相結合。比如：DNA的雙股螺旋結構允許進行DNA轉錄和修復。
　　透過一個模型卡緬教授成功解釋了這個問題：將一根可隨意變形、卻不會斷裂的管子浸入由堅硬球體組成的混合物中，管子就好比一個存在於十分擁擠的細胞空間中的一個分子。觀察表明，U形結構的形成對於短小易變形的管子來說，所需的能量最小，空間也最少；而在幾何學上，它的U形結構與螺旋結構最為相近。
　　卡緬由此指出，自然界能最佳的使用手中材料，分子中的螺旋結構就是一個例子。由於受到細胞內的空間局限，DNA採用了雙股螺旋結構，就像是因為公寓空間的局限而採用的螺旋梯設計一樣。這就從數學上解釋了生物大分子採取螺旋結構的原理。然而為什麼生物體也以螺旋結構的形狀存在呢？原因還有待於進一步的研究。
延伸閱讀──認識基因工程
作為生物工程的一個重要分支，基因工程與細胞工程、酶工程、蛋白質工程和微生物工程共同組成了生物工程。而基因工程就是指對基因在分子尺度上進行操作的複雜技術，是透過體外重組後將外源基因導入受體細胞內，使這個基因在受體細胞內複製、轉錄、翻譯表達的操作。基因工程是先用人為的方法提取出需要的某一供體生物遺傳物質──DNA大分子，用適當的工具酶在離體條件下進行切割後，將它再與作為載體的DNA分子連接起來，然後一起與載體導入某一更易生長繁殖的受體細胞中，讓外源物質在其中「安家落戶」，進行正常的複製和表達，從而獲得新物種的一種嶄新技術。
根據這個定義我們可以看出，基因工程有這麼幾個重要特徵：
第一，在不同寄主生物中，外源核酸分子的繁殖能跨越天然的物種屏障，將任何一種生物的基因導入到新的生物體中，所以這種生物可以與原來生物毫無親緣關係。這種優勢是基因工程的第一個重要特徵。
第二，因為是一種確定的DNA小片段在新的寄主細胞中擴增，這就使少量DNA樣品可以「複製」出大量DNA，並且是許多絕對純淨的、沒有汙染任何其他DNA序列的DNA分子群。學界將這種改變人類生殖細胞DNA的技術稱作「基因系治療」，針對改變動植物生殖細胞的研究就是我們通常所說的「基因工程」。但無論如何稱呼，個體生殖細胞的DNA改變都將可能使其後代發生同樣的變化。　
目前為止，基因工程尚未用於人體，但在幾乎所有非人生命物體（從細菌到家畜）上做的實驗中都取得了很大的成功。實際上，用於治療糖尿病的所有胰島素都源於一種細菌，該細菌DNA中被植入了可以產生人類胰島素的基因，它便可自行複製胰島素。
許多植物在基因工程技術的幫助下便具有了抗病蟲害和抗除草劑的能力。在美國，大約有百分之二十五的玉米和百分之五十的大豆都是基因改造的。在農業中是否該採用基因改造動植物目前也已成為人們爭論的焦點。贊同者認為，基因改造農產品相對容易生長，也含更富有營養（甚至藥物），可以幫助減緩世界範圍內的饑荒和疾病；而在反對者看來，在農產品中引入新基因會產生副作用，甚至會破壞環境。　
不過仍然有許多基因的功能及協同工作方式現在是不為人類所知的，但基因工程可使寵物不再引起過敏、使番茄產生抗癌作用、使鮭魚長得比平常的大幾倍等等，很多人還是願意對人類基因做出這樣的修改的。畢竟，基因修復、基因工程和胚胎遺傳病篩查等技術除了可以用來治療疾病，還為改變其他人類特性諸如智力、眼睛顏色等提供了可能。

最佳賣點

最佳賣點 : 本書以全新的視角，揀選了近代生命、人體、能源、材料、天文、智慧等多方面的科學發現，並在每一小節內容的後面添加了小知識，妙趣橫生的對前文進行了補充和梳理，讓非工科出身的讀者，也能在波濤洶湧的科技洪流中輕鬆衝浪！