细胞：影响我们的健康、意识以及未来的微观世界内幕 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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原文作者： Joshua Z. Rappoport PhD.

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一本从头开始解说细胞是什么，却不是教科书的科普读物！
细胞，生命体的基本结构单位，但你真的了解它吗?
你知道人类是如何发现细胞构造的吗？跟显微镜的发展有什么关联？
细胞的结构是什么？它在人体内如何运作？
更重要的是──
DNA、RNA的转译、转录如何影响你；
人工改造基因体技术CRISPR是什么？操控基因体可能吗？
还有，攸关你我未来的个人化医学与再生医学的发展与可能难题有哪些……

细胞是生命的基本单位，单细胞生物无所不在，包括我们身体的表面。人体是由特定细胞类型，排列成特定结构、并且彼此相互联系的不同自给自足的器官。我们的细胞可以被分离，并且在培养皿中生长。一个功能不正常的细胞可以是癌症形成的原因。细胞疗法、干细胞的潜能，以及许多现代的个人化和再生医学，归根究柢都是受惠于对细胞在分析、理解和操作上新方法的运用。没有先了解细胞和细胞生物学，便无法理解现代生物医学的研究和临床实作。因此，本书将细胞视为人类健康和疾病的核心焦点，人体的内部运作以及现代医学的主要治疗目标。

《细胞》作者书写与细胞相关的大部分知识，从DNA双螺旋、孟德尔的遗传学说到基因体的破解与操作、最新的人工改造基因体技术CRISPR，从细胞、器官到系统，以及将生物科技运用在现实生活上，甚至还介绍了观察细胞的光学显微术发展和最新技术。本书文字浅显易懂又不拖泥带水，读来有趣且没有门槛。

《微观之境：从物质基石到生命蓝图》 一、引言：探寻物质的边界与世界的构建 我们所栖居的世界，宏大而复杂，然而，其最深层的奥秘，却隐藏在那些用肉眼无法捕捉的微小尺度之中。本书《微观之境：从物质基石到生命蓝图》旨在带领读者进行一场跨越物理、化学与生物学边界的探索之旅，深入理解构成宇宙万物的基本单元及其交互作用的规律。我们关注的焦点并非生命的复杂性本身，而是那些支撑着复杂结构得以存在的、最为基础的“零件”及其运行机制。 二、物质的基石：量子与粒子世界 在探究生命现象之前，我们必须首先理解物质的“骨架”。本书的开篇，将聚焦于现代物理学对物质最深层结构的描述。 量子力学的革命性视角： 我们将回顾量子力学是如何彻底颠覆了我们对粒子——如电子、光子——的经典认知。电子不再是绕着原子核旋转的小球，而是以概率云的形式存在。我们将详细解析薛定谔方程的物理意义，以及波函数坍缩的概念，理解能量的量子化如何决定了物质的稳定性。 标准模型与基本相互作用： 深入探讨构成物质的夸克和轻子。通过对强核力、弱核力、电磁力和引力的简要梳理，读者将明白这些基本力是如何通过特定的规范玻色子（如光子、W和Z玻色子、胶子）进行传递，从而塑造了原子、分子乃至更大结构的形成。重点在于解析“禁闭”现象——夸克为何无法单独存在，以及这如何解释了质子和中子的内部结构。 凝聚态的奇妙现象： 当数十亿个粒子聚集在一起时，新的宏观属性便会涌现。本书将避开生物学范畴，转而探讨固体物理学的核心概念。我们将解析晶格结构、能带理论，以及电子在周期性势场中的行为。这部分内容将详述超导现象的原理——电子如何通过形成库珀对而实现零电阻传输，以及半导体材料中载流子（空穴和电子）的运动如何构成了现代电子技术的基础。 三、化学的交响：原子间的结合与物质的演化 从量子层面的基本粒子，我们迈向原子和分子层面，探索化学键的本质。理解键的形成与断裂，是理解一切材料科学和化学反应的基础。 电子的得失与共享： 详细剖析离子键、共价键和金属键的本质。通过分子轨道理论（MO理论）和价键理论（VB理论）的对比，解释为什么某些原子倾向于形成稳定的双原子分子（如O2、N2），以及为什么水分子呈现出特定的V形结构。 分子间的弱相互作用： 范德华力、氢键和疏水效应在非生物体系中同样扮演着关键角色。我们将探讨这些相对较弱的力是如何影响物质的相变（如液化和凝固）、表面张力以及特定晶体的堆积模式。例如，石墨层之间是通过范德华力结合，这解释了其优良的润滑性。 反应动力学与平衡： 探讨化学反应速率的决定因素——活化能和碰撞理论。介绍催化剂的作用机制，即如何通过提供替代反应路径来降低能量壁垒。同时，阐述化学平衡的本质，以及勒夏特列原理如何指导我们理解和控制反应系统的状态。 四、从分子到结构：无生命的复杂体系 在本书的后半部分，我们将应用前述的物理和化学原理，来分析一些高度有序但非生命的复杂系统，展示结构如何决定功能。 高分子化学与材料科学： 深入研究长链分子（聚合物）的形成——聚合反应的机理。解析不同类型的聚合物（如加成聚合与缩合聚合）的结构差异，以及它们在宏观上表现出的弹性、韧性或刚性是如何由其链的缠绕、结晶度和交联程度决定的。我们将重点分析合成材料（如尼龙、聚乙烯）的分子设计原理。 晶体学与几何秩序： 探讨晶体中原子或分子的周期性排列。介绍布拉维点阵和晶胞的概念，理解晶体的对称性如何影响其光学和机械特性。通过分析缺陷（如位错、空位）对材料强度的影响，解释为何材料的性能往往取决于其内部结构的不完美之处。 自组装现象： 探索在特定条件下，简单的化学构件如何能够自发地组织成复杂的、具有特定拓扑结构的宏观结构，而无需外部的指令或控制。这部分将以液晶、胶束形成以及特定纳米结构（如量子点或碳纳米管）的形成过程为例，强调熵和焓在驱动自组装中的平衡作用。 结语：统一的科学视野 《微观之境》旨在展示一个统一的科学图景：从支配基本粒子行为的普适定律，到催生出我们周围所有材料属性的分子间作用力，一切都是相互关联的。本书侧重于揭示支撑世界的物理和化学逻辑，为理解更高级的生命现象提供坚实的、非生物学的物质基础。读者将获得对“真实世界”的更深层次的洞察力，理解构成一切事物的基本原理是如何在不同的尺度上展现出惊人的多样性和规律性。

作者简介

约书亚．拉普波特博士Joshua Z. Rappoport PhD.
约书亚．拉普波特博士获有布朗大学生物学学士学位，以及纽约大学生物科学研究生院西奈山医学院疾病和治疗学机制计划博士学位。在他的论文辩护后，拉普波特博士在纽约市的洛克菲勒大学细胞生物物理实验室进行博士后研究工作。随后，他获聘为英国伯明翰大学生物科学学院的终身教职。

2014年，拉普波特博士回到美国，目前是西北大学芬博格医学院（Feinberg School of Medicine）的高级显微镜中心和尼康影像中心主任，以及分子和细胞生物学系教师。拉普波特博士的科学观点旨在开发和应用尖端显微镜来解决细胞生物学中的基本问题。

拉普波特博士和他的神经科学家妻子艾玛，以及他们的狗克里斯生活在芝加哥。

译者简介

曹顺成
1960年出生于台北市。中兴大学昆虫学系、台湾大学植物病虫害学研究所毕业。曾任职于中央研究院动物研究所、生物多样中心；阳明大学生命科学系暨基因体研究所。现任职于台湾大学国际事务处与共同教育中心，专长昆虫分类学与演化生物学。

译有：《裸猿──一位动物学家对人类动物的研究》。

相关着作:《裸猿》

导读　台湾大学动物学研究所副教授　丁照棣
推荐专文　更好的未来／台湾大学物理学系教授　朱士维
前言 为什么要读这本书？
第一部　什么是细胞？以及它们如何运作？
　第一章—    世界改变的那一天
　第二章—    细胞导览
第二部　遗传密码──作用、意义与人类的解译
　第三章—     分子生物学的中心法则
　第四章—     生命解密：通往双螺旋之路
　第五章—     表观遗传学：超越中心法则
　第六章—     僧侣的花园：孟德尔的独立分配律与如何被拆解
　第七章—     革命性的反应，或，如何在你的厨房里做出DNA
　第八章—     难题的拼凑：我们如何对DNA定序
　第九章—     基因体和个人化医学：进展、前景和潜在的问题
　第十章—     操作基因体在学术、技术和伦理上的问题
　第十一章—科幻小说和社会小说：基因的内涵
第三部：看到极微细事物的惊人科技
　第十二章—教我们如何去看的水母
　第十三章—我们如何看清楚活细胞的内部
　第十四章—层光显微术，或，选定平面照明显微术中的光大都停在平面上
　第十五章—超解析率显微技术：一次只开一盏灯
　第十六章—萤火虫幼虫如何发光？冷光成像的优点
　第十七章—更多拍摄漂亮和启发性照片的方法
第四部　生死攸关
　第十八章—细胞如何死亡
　第十九章—爱滋病毒的奥秘
第五部　细胞、器官和器官系统
　第二十章—什么是器官？为什么我们会有器官？
　第二十一章—肾脏：协同作用的细胞
　第二十二章—大脑的运作、学习与它很难研究的理由
　第二十三章—免疫系统：它如何捍卫我们，却有时会攻击我们
第六部　细胞生物学专业的好坏与未来
　第二十四章—我们如何差一点就战胜癌症
　第二十五章—伦理、野心与其他不是最伟大的发现
　第二十六章—奈米革命
　第二十七章—金钱、权力、野心和知识的追求：对科学现状的思考
参考书目
致谢

这本由约书亚．拉普波特博士撰写的新书，透过作者广博的知识以及深入浅出的文笔，让即使是非科学专业背景的读者，也能一窥快速发展的分子生物学技术以及光学显微技术最新的进展。我自己也在分子生物学的部分学到很多新概念，受益匪浅，因此很推荐给对跨领域研究有兴趣的读者。
──台湾大学物理学系教授　朱士维

精确地传达了细胞生物学中传统指标背后的历史背景，以及我们近期在透视细胞内部运作方面令人振奋的进展。
──医学博士、英国华威大学华威医学院微生物基因体学教授、《演化指南》作者　马克．裴稜

细胞是对一幢建构生命的神奇大厦的概观。约书亚．拉普波特精辟地介绍了细胞如何运作、人类如何发现细胞，以及对地球上生命的因果关系。每一页都流露出作者对他所探讨主题的热爱。所以请仔细阅读这本书，因为它可能会影响你！
──英国皇家科学院院士、英国伯明翰大学生物科学学院生物化学教授　史蒂夫．巴斯比

《细胞》是由一位年轻的细胞生物学家出于爱好的创作，他想要跟大家分享他所热爱的主题。约书亚．拉普波特让我们更清楚的意识到这个看似学术性的主题，在我们人性和未来的各个层面上是何等重要。他以一种嘲讽和娱乐的手法，把握现实生活中接触到的每一个类比的机会，正确地阐明分子细胞生物学中尖端的概念……让不是科学家偶尔也能够理解复杂的观念。约书亚．拉普波特在书中也很有技巧地避免疏远生物学家，甚至让他们也可以学习一些新的事实，见证本书内文中彻底、精心研究的本质。透过向读者讲述一连串引人入胜、跨越现代分子细胞生物学的诞生和各种发现的轶事，《细胞》弥合了高等教育史上最新的教科书和词藻华丽、启发性哲学散文之间的鸿沟，呈现一种令人愉悦的回味和比我们以前想像更重要的微观世界。
──博士、巴黎巴斯德研究院影像科学园区研究组组长兼主任　史宾塞．梭德

推荐专文

更好的未来：从细胞、分子生物学与光学显微技术到医学的道德议题
台湾大学物理学系教授　朱士维

　　诺贝尔奖得主Sydney Brenner 曾说：「Progress of science depends on new techniques, new discoveries and new ideas, provably in that order.」亦即若回顾科学史发展，很多时候新的技术发展，带来新的观测结果，从而产生新的想法与概念，因此新技术发展在科学上扮演举足轻重的角色。这本由约书亚。拉普波特博士撰写的新书，透过作者广博的知识以及深入浅出的文笔，让即使是非科学专业背景的读者，也能一窥快速发展的分子生物学技术以及光学显微技术最新的进展。我自己也在分子生物学的部分学到很多新概念，受益匪浅，因此很推荐给对跨领域研究有兴趣的读者。

　　对于没有生物学基础的读者来说，本书的前半部可能会出现非常多不熟悉的专有名词。建议读者先尝试看懂它们之间的关联与主要功能即可（例如第三章作者用餐厅点餐类比DNA、RNA、蛋白质之间的关系），只要能够了解细胞的大致结构以及重要分子之角色，应该就足以体会作者提及的新技术们如何对生命科学带来革命性的改变。

　　但若读者已经有细胞生物学基础，对于第二部的内容应该很感亲切。例如发现DNA 结构（第四章）、聚合酶链反应（PCR，第七章）、基因体定序（第八章）等近年重要的技术。九到十章介绍了一些基因科技最新的进展，例如最近火红的人工改造基因体技术（CRISPR，第十章），值得一读。

　　在我们受教育的过程中， 每个人都应该有机会用过光学显微镜（还记得观察自己的口腔上皮细胞，或是跑来跑去的草履虫吗？）。如同作者引用虎克的话：「显微镜开拓我们视野里新的世界和未知的领域」，第三部的进阶显微技术对于有兴趣的读者来说，将很具启发性。在谈显微影像的时候，通常我们关注几个重点，包括对比、解析度、深度、速度、与活体相容性等。一般会觉得解析度是最重要的，但是其实更重要的是对比。因为没有对比，就看不到任何影像。所以作者在这部分的开头第十二章谈的就是萤光蛋白技术的发展，可说是活体动物研究最重要的对比方法之一。接着则是可提供轴向对比的新颖显微技术（例如共轭焦、双光子、层光照明技术等），让深组织观察变得容易。有了好的对比之后，第十四章则提及解析度提升的方法，使得细胞内部的奈米级结构变得清晰可见，相关研究也获得2014 年诺贝尔化学奖之殊荣。

　　十七章与二十二章提到大脑研究以及光遗传学的全新领域，作者指出现在是神经科学发展的关键性时刻，各种新的生物与物理方法结合，加上大规模资金的投入，有可能在不久的将来，让人类对于我们身上最不被理解的器官—大脑，有更深刻的认识。台湾在这方面的研究其实有领先世界的进展，有兴趣的读者可以参考清华大学江安世院士的研究成果，已经可以达到让模式动物果蝇在完全自由行动不自觉的情形下，以光遗传学的方法遥控特定神经元的活性，照光就启动特定的行为，例如前进、后退、举翅、摇头等，非常神奇！

　　这本书以客观的角度陈述科学的发展对人类的帮助，以及探讨其中种种复杂的道德议题（例如筛选或加工新生儿基因，以及科学伦理的问题），正是我们现在需要的。让一般大众也能体会科学的美好与力量，同时能进行深刻的理性思考，而不是只跟着舆论起舞。

　　如同作者在第五章提到个体的经历会透过基因表达传递给下一代，也就是说我们在细胞分子层次其实继承了一个很大的人类集体记忆。在这个传播快速的时代，网路上充斥着负面言论，这不仅影响我们的思考习惯，事实上也在将这样的习惯遗传给下一代。这或许也是为什么从个人到集体，社会上的争执似乎越来越多。如果我们能够一起努力，将正面思考的能力、慈悲与爱的力量，透过细胞分子代代相传下去，人类才能走向更好的未来。

导读

台湾大学生命科学系　丁照棣

　　惟天下之静者乃能见微而知着。─宋。苏洵

　　「细胞」，看似简单的两个字，却蕴藏着深奥的秘密。它是生物体结构与功能的基本单位，是它将一堆看似没有生命的东西集结在一个有限的空间里协同作用，造就了现今的大千世界。亘古以来它默默地存在了数十亿年，却在350 年前才被首度发现。透过现代的科技，让我们不再只是接受它改变的事实，而是去创造事实、改变未来。

　　人类基因体定序完成后生命科学发生革命性的进展，举凡非编码RNA 的大量发现与研究、快速定序方法的普及、CRISPR 基因编辑技术的建立，都将我们对生命现象的认知向前快速推进了一大步。翻开科学专栏，基因、病毒、细菌、干细胞、大脑、老化、癌症等名词充斥于字里行间，搭电梯时邻居告诉我基因检测的重要性与他的个人经验、同学会时讨论着是不是该趁年轻先冻卵？ 该不该花钱做产前非侵入性基因筛检？上次健检中癌症指数的结果、随着年纪增加身体各项指标都亮红灯⋯⋯。在这些生老病死的对话中，大家逐渐意识到，「生物老师都没有教」、「生物课本都没有写」、「我为什么高一读完基础生物后就再也没学过⋯⋯」，如果你也有这些经验，别太惊慌，生命科学在最近的十年的确是以子弹列车的速度前进，许多的进展也在今天或是不久的将来对我们的生活、健康与医疗有全面性的影响。如果你上一次阅读生物的知识已经是五年、十年、甚至是二十年前的事，《细胞》这本书会是帮助我们衔接现代生命科学进展的入门宝典，也是未来与医生沟通的敲门砖。

　　《细胞》以浅显的文字将生命科学的基础知识介绍给读者，全书分为四大部分：第一部从生命的单元—细胞与细胞构造入门，简单介绍了读者需要的基础生物学知识，第二部介绍遗传密码，从孟德尔遗传、DNA 双螺旋、中心法则、表观遗传、基因表达、DNA 定序、基因体、个人医学，每个章节都言简意赅，在短短的数十页中涵括了遗传学百年发展的主轴，最有趣的是作者在最后一章讨论科幻小说与现实的差距，与基因密码在法医学上的应用。每一个章节都是一个独立的主题，作者利用简单的图示与贴切的譬喻介绍过去一百多年我们在遗传与基因体科学上的进展，读者不需要深厚的生物学根基即可以轻松地阅读，进而了解DNA 是如何的影响一个生命单元的运作与我们的健康。

　　第三部介绍显微镜下的世界，由于作者本人是一位整日与显微镜为伍的细胞生物学家，他从显微镜发明的简史入手介绍显微镜的原理，由虎克最初的观察与贡献到现代成像技术的精进，其中作者清楚的解释萤光蛋白引入显微镜下后，使我们可以一窥微观分子的世界，与近代相关视觉化技术的应用，并说明显微技术的极限与目前正在发展的解决方案。作者的专业素养使得他将这些技术的基本原理与应用叙述得十分清楚，由于这些章节中所描述的现象在专业领域的应用层面很广，对生命科学研究的从业人员也非常有用。如果你对显微镜下的世界好奇，也想一窥镜里干坤的话，书中对视觉化进展的详述很值得细细研读。如果你正在应用这些技术从事研究，希望对方法有更深入的认识，这些章节无疑是最佳的入门读本。如果你非常想深入了解这些方法与应用，别忘了书末有参考文献可以作为延伸阅读。

　　第四部生与死，作者以细胞与病毒为例，介绍生命现象的根本问题—生与死。短短的二章中，深入浅出的介绍细胞凋亡与病毒的增生。第五部进入生理学的范畴，作者以器官为例，说明细胞间的沟通方式与协同运作。再以二章的篇幅介绍与我们息息相关的神经科学与免疫，作者在这些章节中陈述生物学的知识之余也引导读者了解这个领域的进展与我们的关系。作者在字里行间点出大脑研究的困难度与重要性，唿应了世界各国都投注相当的研究经费在神经科学领域。最后一章介绍免疫系统的运作，点出免疫系统「水能载舟也能覆舟」的原因。

　　第六部科学与伦理的省思，喜欢科幻小说或电影的读者常常有的问题是现实生活中可能发生吗？ 2015 年〈侏罗纪公园〉系列中的第四部电影作品─〈侏罗纪世界〉卖座之余，大家好奇电影中呈现的生物科技有哪些是真的？ 在学术界随着基因编辑技术的发展，我们也开始关心与讨论科技应用的规范。同时，科学研究竞争下造假丑闻让社会对学术研究产生疑惑甚至不信任，这些浮现台面的问题似乎凸显了科学素养中欠缺社会责任的体认，我们太专注于科学的发现与重要突破，却忘了科学研究的本质与我们被赋予的责任。作者以干细胞研究着名的科学丑闻为例，点出现今科学训练、同侪审查、期刊竞争的问题，小保方一夕成名已成海市蜃楼，留下的遗憾与反思希望对科学界有正面的作用。科技的发展所引发的可能危害不是今天才浮现的问题，分子生物技术上常用的限制酶在发现与应用于DNA 科技之初也是争议不断，虽然我们无法预知基因编辑科技的进展是不是会让科技电影的场景实现，但是科学研究人员与社会的对话、沟通应该是自律与避免不必要恐慌的开始。

　　作者在最后一章，聚焦在追求真理与个人野心的讨论，短短的五页中从以自身观察科学训练现场的现况反思，分析基础、转译与临床研究的差异，再次以萤光蛋白为例强调基础研究的重要性。作者费了不少笔墨点出学术现场的问题，并提出可能的解决方案。可是大众对科学知识的理解也出现了重大的鸿沟，网路资讯的发达让伪科学的传播更迅速，学术与社会的对话似乎应该更加速、积极进行，科学的价值应该为每一个人正视，学术界在追求真理的浪潮下，也必须负起传播科学知识的责任。了解基础研究的重要性，认识生命科学最新发展、癌症治疗与精准医学就从阅读这本书开始。

前言

为什么要读这本书？

　　生物医学领域的研究进展速度惊人，我们几乎每天都能接收到新突破的消息。每个人都很关心新发现，因为这些消息关系到我们的健康和寿命。此外，这些消息不仅与疾病的成因、诊断和治疗有关，有时候也提醒我们如何适度调整行为、饮食和生活方式。事实上，正是这些行为、饮食和生活方式的调整，也就是让我们活得更久、更健康的方法，最容易遭到渲染、夸大和误解。

　　不论在谈论的是肥胖、衰老、传染病、癌症，还是改善你的数独能力，这一切都能归结到细胞与它们所创造和调节它们的分子。所以，我撰写本书的其中一个目的，是让一般大众更了解细胞和分子生物学的基本知识，以便对听到和读到的内容做出更严谨的判断。另外一个目的，是引导读者进入人类发现中最令人振奋和着迷的现代尖端科学的领域，特别是从一个拥有最强大的工具的显微镜专家，可以在细胞和分子尺度下真正观察到事件发生的观点来看。

　　要完全了解科学并不容易，将正确资讯传达给一般民众也并不简单。大学、医院和研究机构，现在都拥有媒体相关部门，发行时事通讯、新闻稿和推文，宣布他们单位内研究人员最新和最伟大的发现，因此，我们经常遭受旨在传达耸人听闻的科学突破精简摘要的轰炸。同时，科学家现在必须具备传达简短又吸引人的简明扼要简报和「社区参与」的能力，以便快速且清楚地向非科学家传达他们的研究目标和实验成果。

　　大众媒体是个推销耸动新闻的行业，倾向于表达令人窒息的兴奋事件，而不是精确的科学讯息。我们通常不会听到实际研究成果的讨论，反而是可能导致什么后果的报导。大多数科学作家的主要本职是记者，他们不会因为偶尔的报导错误，或者聚焦在更多新发现的潜在后果，不去精确描述细节而受到指责。相反地，坦白说，大多数的科学家是很糟糕的沟通者。很少有科学家能够精确地叙述自己的工作以及将重要的讯息说给非科学家听，而不让听众睡着。

　　我凭什么认为我能做得更好？

　　我并非要你相信我的专业领域和我的研究部门是科学界里最吸引人和最重要的，我想要的是提供一个根本的基础和架构，讨论生物医学研究中各种有趣、重要和即时的主题。

　　身为细胞生物学家，我的观点是，细胞是大多数疾病问题的主要根源。从以前到现在，细胞一直都是许多治疗的标的。身为显微镜使用者，我认为很多我们所知的生物系统内部运作，都来自用显微镜直接观察的结果。我们目前正处于使用显微技术的黄金年代，很容易看到以前看不到的事物，显微镜现在不仅用于观察分子、细胞、组织和生物体，还可以作为操作和探索生物医学系统的实验工具。

　　因此，我的目标并不是要描述我自己的研究，或提供一本有系统和综合性的教科书；我只是想要传达一些范围广泛又有趣，而且正确的科学讯息相关话题，为我们身为一个物种，更能了解所面临最重要的生物医学挑战打下基础。我希望这本书能提供一个开端，让你能更深入了解生物学和医学以及影响我们健康和福祉的发展。

　　我写这本书还有另外一个非常重要的原因。虽然反智主义一直都存在，今天24 小时不断播放的新闻，尖锐的文化部门和网路酸民的崛起，令人遗憾地让「反科学」成为大家讨论的一个重要因素。虽然怀疑主义是科学方法和科学研究自我修正本质的核心，信心、信仰和直觉等虽然在其他情况下也很重要，却不是在科学结论和共识上站得住脚的反对观点。无论是演化、气候变迁还是疫苗安全性的问题，过多的关注—更不用说可信性—都被放在其他选项，而非「已经被接受，经过科学证明的观点」方案。对未经实证确认为科学事实的情况下，对假相等值（false equivalence）倾向于同等对待是不合逻辑、不明智又危险的行为。

　　我希望，读者可以透过阅读本书，从专业人士的角度去看待科学，以及科学家所从事的特别相关和有趣的观察。科学的方法包括找出问题，提出假设，然后设计某种实验来检视，进而理解大自然。实验结果必须要能定量，并能通过统计检测。在某些情况下，比如说推断分子的结构—如DNA 双螺旋的结构—则是一个未经真正测试的明显假说。但是一个假设必须透过实验证明时，使用的方法和取得的数据得要是可以对外公开，让其他科学家可以评断，并且在他们的实验室里重现结果。科学家毫无疑问也免不了会犯错，数据可能被诠释错误，实验的设计和方法也可能会出错。随着时间过去，当很多科学家试图回答相同类型的问题，正确的答案最终会出现，并获得确认。做假会被发现，错误会被更正。

　　科学家不会参与大规模的串通行为。事实上，要让在世界各地工作的科学家一起串连起来共谋的情形并不存在，因为你无法同时让那么多人保守任何一个秘密，更不用说是耍诡计—尤其是当下许多科学家之间还在相互竞争。科学家竭力争取研究资金，并且在竞争的环境下工作，完全无法确定研究是否会成功，而且还经常感受到功成名就的压力。因此，尽管少数几起不法行为可能不会或至少不会立即被发现，但科学研究的竞争，可以确保最有趣和最重要的结果无法伪造，真相迟早都会被发现。科学家最喜欢证明其他科学家的错误；只有短视和不成熟的科学家，才会认为造假的结果永远都不会被揭穿。

　　相对于某些反知识分子的大声叫嚣，我们科学家既不受制药公司的控制，也不会故意隐瞒新发现或故意从事大规模、不道德或达到自我吹嘘的犯行。那是因为我们通常不会从这种不道德和非法的行为中得到足够的报酬，况且这些造假行为通常会得不偿失。如果科学家被发现伪造数据，他们的研究结果会从科学纪录中删除，也必须承担从学术期刊撤回论文的耻辱。即使已经获得终身职，还是会赔上他们的工作和前途。另一方面，如果诚实的科学家由于出现了新数据而被证明以前的论点错误，他们顶多耸耸肩，接受这是进步必经的过程，然后回去继续研究。

　　我希望读者能借由阅读本书，意识到真正的科学是怎样进行的？ 以及为什么应该提倡和支持科学，而不是把科学视为某种不可捉摸、神秘，可以暗中偏颇政治和经济目标的黑魔法。

　　我是细胞生物学家和显微镜使用者。在过去20 多年的时间里，我投注了相当多的时间在观察显微镜下的细胞，希望在细胞的尺度上，去了解生命里的不同基本层面。我研究了细胞如何排除废弃物，细胞如何从外部摄取物质，以及细胞如何移动到其他地方，例如在伤口癒合时或癌症转移期间。此外，我也参与了开发以显微技术为主的实验方法。这让我坚信，使用显微技术研究细胞，让我们可以学到大量有关「生命、宇宙和所有的一切」，这是引用《银河便车指南》（The Hitchhiker’s Guide to the Galaxy）作者、英国科幻小说家道格拉斯。亚当斯（Douglas Adams）的一句话。

　　为什么要研究细胞？

　　细胞是生命的基本单位，单细胞生物无所不在，当然人体上也有。人体是由特定细胞类型，排列成特定结构的不同独立器官，再彼此相互联系而成。我们可以分离细胞，并让它们在培养皿中成长。疾病，如癌症，可能始于一个功能不正常的细胞。细胞疗法、干细胞的潜在运用，以及许多现代的个人化和再生医学，归根究柢都受惠于对细胞在方法学上的分析、理解和操作。要先了解细胞和细胞生物学，才能理解现代生物医学的研究和临床实作。因此，本书将细胞视为人类健康和疾病的核心焦点，人体的内部运作以及现代医学的主要治疗目标。

　　为何使用显微技术？

　　我平常绝大部分醒着的时间，都盯着显微镜下的东西看，耐心地坐在黑暗的房间里，尽可能以最合适的放大倍率观察生命现象。在我的人生中，显微镜和它操作技术的快速发展，已经达到令人难以置信的地步。在过去近几十年里，我们见证了新型显微镜的问世、启用，对这个领域的创始先驱者而言，新型显微镜的出现，就像是超级计算机，对如计算机之父阿兰。图灵（Alan Turing），或甚至对发明第一个算盘的古代美索不达米亚人一样，是无法想像的。一直到最近，光学显微镜的解析度还受限在一微米，或最多不会超过四分之一微米的范围之内。微米是百万分之一米；人类头发平均直径约100 微米。奈米（nm）是千分之一微米，大约是四个水分子排列在一起的大小。由于技术的进步，现在可以经常性地对活细胞中奈米大小的细胞结构进行研究。世界各地的研究人员如今可以对完整活细胞内部的结构和隔室进行成像，解析度比以前认为的实际限制高十倍以上。所以我们目前运用的不是真正的显微技术，而是「奈米显微技术」。

　　这是我们在探究生物系统的能力上，以及在细胞尺度上研究和了解生命方面的一个重大转变。大多数细胞大小介于10 和100 微米之间；我们从17 世纪以来就能透过显微镜看到它们。新的技术为我们带来的是对细胞组成进行成像的能力，其中许多组成的大小落在10 至100 奈米之间，并且在细胞内非常紧密地紧压在一起。因此，这种解析度的提升，很明显地改善了我们看见和理解生命基本过程的方式。

　　解析度与放大率不同。如果在电脑萤幕上拉近数位相片焦距（即放大）的画面，解析度会逐渐变差，直到只能看到几个大像素为止。但是，解析度越高—也就是说每平方英寸里的像素越多—在图像变得像素模煳之前，你可以放大得越近、并看见更多细节。在显微技术里，仪器的固有解析度是它能够在视觉上、甚至在用相机获取图像之前，区分相邻物体的能力。这是与放大程度相关，但不相同的显微技术系统的性质。因为光像波般的性质，想要清楚分辨两个相邻的物体，它们实质上分开的距离必须要大于用来照亮它们的光波长的一半才行；否则光波会很有效率地结合在一起，让两个物体之间的界限变得模煳不清。

　　彩虹让我们看到可见光光谱里不同颜色的组成。这些不同的颜色代表特定的波长范围。人的眼睛只能看到波长约400 到700 奈米之间的光波。同样地，构成显微镜透镜和泸光器的镜片，无法有效传递在这个波长范围底限（400 奈米）以下的紫外光。使用可见光范围内的光，只能区分到彼此之间相距至少250 奈米的物体。可惜的是，细胞是非常繁忙和拥挤的地方，内部大多数物质都比这个解析度的极限还要更紧密地集中在一起。

　　让我打个比方：想像你是来自外星球的访客，在地球上方高轨道上的太空船里漂浮。你的任务是从你所能获得的图像中，尝试着去了解人类。如果你的仪器对人的影像所能取得的最佳效果是在他们和其他人或物至少距离十英尺时，那么，你将会伤透脑筋；而且最后你可能会认为人类大部分时间都在爬山、慢跑和游泳，因为这些是你少数可以将人类与树木、汽车、建筑物和其他人类区分开来的仅有时机。不过往好处想，至少你可以去研究一间换过一间、逛酒吧喝通关，以及聚集在露天运动场的一群人。

　　假设你可以将人在DayGlo 幻彩萤光漆里沾一下以标记他们，这样至少可以把他们与周围环境区隔开来。现在你可以看到这个人走在街上，或者驾驶一辆敞篷车，只是一旦在十英尺半径内出现了一个以上的人，你就无法知道自己是在研究一个、十个还是一百个人。这就是光学显微技术的缺点。我们所看到的东西通常比人更小，更重要的是它们彼此之间的距离更短，超出解析度的极限。如果你正在研究携带大脑中神经传导物质的突触囊泡，它们的长度有时候还会小于50 奈米，而且还非常紧密地挤在你正在观察的神经元里，你可能会想，如果你的解析度只能看到相距超过250 奈米的事物，那么要如何知道在特定空间里到底有多少个囊泡存在？

　　现在我们可以解决这样的问题了。

　　提供优异解析能力的电子显微镜，已经问世近一百年了。由于电子波长的大小远小于光子波长，看到奈米大小的解析度已经不成问题。然而，以电子显微镜有效率且令人信服地标记成像细胞中的特定物质或隔室非常耗时。首先，你必须拍摄和组装大量的小照片。此外，它只能观察已经过化学药剂处理的细胞—例如，在成像过程中包埋在塑胶中，并切成非常薄的切片，也就是说，观察的是死的细胞。萤光显微镜使用会吸收一种颜色的光，并发射出另一种颜色光的萤光团的分子标签作为指标，以便我们标记任何细胞蛋白质、胞器或甚至化学反应的位置。现在，使用奈米显微技术（或超解析率萤光显微技术﹝super-resolved fluorescent microscopy﹞，如同2014年诺贝尔奖颁奖典礼上所称唿的那样），我们终于可以看到在次细胞层级里到底发生了什么事。也就是说，我们可以看到活细胞中的分子细节。

　　这真的是一项改革性技术，为细胞生物学的未来研究带来很大的希望。了解疾病的分子基础，现在真的是指日可待。不久之前还被认为是不可能达成的事情，未来透过物理学家、工程师、化学家、生物学家和电脑科学家的通力合作，也重现了生机。我们现在经常使用的萤光显微技术，可以看到的解析度比以前认为已经是极限的解析度还高上十倍。萤光显微技术当前最佳解析度大约是20 奈米，如果想要以市面上可以购得的系统来完成，它的难度差不多像是透过蓝芽将手机连接到租赁车一样。

　　那么，我们接下来要怎么做？ 未来几年内我们会不断看到新的技巧和技术出现，其中有一些会像流星般一闪即逝，有些则会留存下来。科学期刊的页面已经充满了与不过是几年前才出现的截然不同的图像。几乎所有的生物医学研究人员现在都可以使用这项技术，它不是目前正在开发和实施的唯一革命性、以显微技术为基础的方法。

　　我们可以特别标记活细胞中的分子和隔室，也可以追踪活体动物中的每一个细胞。我们可以看到转移性癌细胞离开肿瘤，去寻找另一个位点，建立一个新的继发性肿瘤的过程。我们现在可以不断拍摄和追踪一只发育中的活蠕虫或果蝇的细胞，而不会因为持续以雷射光照明而对样本造成任何伤害。选定平面照明显微技术（singleplane illumination microscopy, SPIM，也称为层光成像），并不是一个新概念，而是现在提供对完整生物活体内所有活动、非常高解析度成像，而且不会造成任何损伤的市场现况。我们还可以使用新类型的光学装置，完整「观察」大型模式生物，如老鼠的大脑，也可以结合其他技术，允许我们看到单个神经元的放电，就像即时看到的闪电。我们可以分辨想要研究的任何两种类型神经元之间形成的突触，它也可以标记不管是连结在一起或非常接近的两个蛋白质。一旦复杂的多细胞事件可以在活体动物内被看清楚，测量通过最细微血管的血流、研究血凝块或动脉粥样硬化斑块的形成都将迎刃而解。搭配X光机、核磁共振摄影（MRI）和超声波图像之后，让生物体、器官、组织、细胞和研究的结构产生更好的显像能力，可以快速增进我们对细胞的理解。

　　过去十年来，我们在细胞成像能力上的发展，远胜过之前的350年。且让我们从头开始说这个故事：在1665 年伦敦的皇家学会，有一位牧师的30 岁儿子，名字叫做罗伯特。虎克（Robert Hooke）的年轻人。

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最近跟朋友聊天，聊到一些关于“活在当下”或者“身心灵”的议题，总觉得好像有些东西是我们肉眼看不见的，但却真实地影响着我们。而《细胞：影响我们的健康、意识以及未来的微观世界内幕》这本，恰好就触及了我一直以来对“生命本质”的好奇。《意识》这个词，真的太吸引我了。我常常在想，我们为什么会有各种各样的情绪？为什么会有喜怒哀乐，为什么会有灵感闪现？这些感觉，究竟是从哪里来的？它会不会是细胞之间一种我们无法察觉的“沟通”？比如，神经细胞之间的传递，或者更深层的一些分子信号？这本书会不会帮我理解，我们的大脑，这个神奇的器官，在细胞层面是如何运作的？它会不会揭示，我们的思想、记忆，甚至是我们对世界的感知，是如何在细胞这个微观层面上构建出来的？我一直觉得，如果我们能更了解细胞，或许就能更好地理解自己，甚至是一些我们自己都难以解释的行为模式。而且，“未来的微观世界”也让我充满遐想。在科技飞速发展的今天，细胞研究的进展，会不会为我们带来意想不到的突破？比如，是不是有一天，我们可以通过调整细胞来改善我们身心状态，让我们活得更健康、更快乐？我非常期待这本书能带我进入一个全新的视野，让我重新认识自己，也认识这个我们赖以生存的身体。

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我是一个非常喜欢科技发展的人，尤其是那些能够改变我们生活，甚至改变我们对世界认知的领域。《细胞：影响我们的健康、意识以及未来的微观世界内幕》这本书，光看书名就觉得充满了前瞻性。“未来的微观世界”这几个字，让我立刻联想到基因编辑、再生医学、甚至是一些我们现在还无法想象的生物科技。《细胞》这本书，会不会深入探讨，在分子层面，我们是如何一步步突破生命的极限？比如说，它会不会讲到，科学家们是如何利用对细胞的深入了解，来攻克癌症、阿尔茨海默症等目前医学难题？或者，书中会不会介绍一些正在进行的，或者未来可能实现的，通过干预细胞来治疗各种疾病的前沿技术？我非常好奇，这些听起来像是科幻小说里的情节，究竟离我们有多远？会不会书中会有一些实际的案例，或者科学家的访谈，让我对这些未来科技有一个更清晰的认识？而且，它还提到了“意识”，这部分我也觉得非常有趣。虽然我不是专业人士，但总是觉得，意识的产生，肯定与我们身体最基本的构成单位——细胞——脱不了关系。这本书会不会从细胞的角度，来剖析意识的奥秘？有没有可能，通过对细胞的研究，我们能够更好地理解人类的认知能力，甚至是在人机交互、人工智能等方面有所突破？我非常期待这本书能够给我带来一些震撼性的知识，让我看到科学的无限可能。

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一直以来，我对生命的奥秘都充满好奇，总觉得藏在我们肉眼看不见的地方，有着惊人的规律和力量。最近在书店翻到这本《细胞：影响我们的健康、意识以及未来的微观世界内幕》，光是书名就勾起了我满满的兴趣。虽然我还没有机会深入阅读，但光是想象里面会揭露的那些关于我们身体最基本组成单位——细胞——的知识，就觉得非常吸引人。我想，这本书肯定会带我们走进一个前所未见的微观世界，让我们了解细胞是如何运作的，它们在我们体内扮演着怎样的角色，甚至是我们情绪、思想的产生，是不是也和细胞的活动息息相关？光是想到这一点，我就觉得非常不可思议。而且，它还提到了“未来的微观世界”，这让我更加期待，书中是否会探讨细胞在未来科技、医疗上的应用？比如，有没有可能通过操纵细胞来治疗疾病，甚至是延长寿命？这些都是我非常想知道的。我常常在想，我们每天呼吸、吃饭、思考，这一切看似简单自然的生理过程，背后其实是无数个微小细胞在辛勤工作的结果。了解它们，就像是了解我们自身最深层的秘密，我觉得这是一种非常令人兴奋的探索。这本书给我一种预感，读完它，我可能会对“活着”这件事有全新的认识。

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老实说，我一直觉得人体科学这块，对我来说有点遥不可及。教科书上的名词总是很艰涩，读起来枯燥乏味，所以平常也很少主动去接触。但是，最近我的身体状况一直不太稳定，开始让我有点担心，也开始思考，到底是什么在支撑着我们健康的身体？《细胞：影响我们的健康、意识以及未来的微观世界内幕》这个书名，一下子就击中了我。它听起来不像是一本冷冰冰的学术专著，而是更像是一场深入细胞内部的探险。我特别好奇“影响我们的健康”这部分。不知道书里会不会讲到，当细胞出了问题，比如癌细胞的生成，或者免疫细胞的功能失调，到底是怎么发生的？有没有可能从中找到一些预防疾病的方法，或者是一些对现有治疗方法的补充？毕竟，现在医疗技术虽然发达，但面对很多疑难杂症，还是束手无策。《意识》这个词也让我眼前一亮。我一直觉得，我们的意识、我们的思想，是多么奇妙的东西，它们是如何产生的？难道和脑细胞的活动有直接关系吗？这本书会不会从细胞的层面来解释我们的主观感受、我们的情绪波动，甚至是我们做出的每一个决定？光是想到这一点，就觉得脑袋要炸开了，太有意思了！而且，它还提到“未来的微观世界”，这更让我好奇，这本书会不会给我一些启发，让我对未来的医学、科技发展有更深的理解？总而言之，我期待这本书能够用通俗易懂的方式，把复杂难懂的细胞知识讲清楚，让我这个普通读者也能有所收获。

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我一直以来都对“生命”这个概念，抱持着一种既敬畏又好奇的态度。尤其是在经历了一些人生中的起伏之后，我越发觉得，我们身体的奥秘，藏着太多我们尚未了解的智慧。《细胞：影响我们的健康、意识以及未来的微观世界内幕》这个书名，就像是一把钥匙，打开了我内心深处对微观世界的探索欲望。“影响我们的健康”这部分，让我非常关注。我常常思考，为什么有些人能够保持健康，而有些人却容易生病？书中会不会从细胞的角度，去解释这些差异？例如，细胞的修复能力、细胞的新陈代谢，又或者是免疫细胞的运作机制，这些是否与我们的生活习惯、饮食，甚至情绪有着千丝万缕的联系？我希望能从中找到一些关于如何更好地照顾自己身体的线索。而“意识”这个部分，更是让我着迷。我常常在想，我们所谓的“自我”，我们的思想，我们的感觉，究竟是如何在身体这个物质载体上形成的？它会不会是亿万个细胞之间，通过某种我们尚未完全理解的方式，共同构建出来的复杂系统？如果这本书能够从细胞层面，为我们揭示意识的产生和运作机制，那将是一件多么了不起的事情！我还对“未来的微观世界”充满期待。我希望这本书能给我带来一些关于生命科学未来发展方向的启示，让我们知道，在细胞这个微观领域，未来会有哪些令人兴奋的可能性。