〈孟德爾究竟發現了什麼？一個實驗發現的典型模式－陳瑞麟〉

1. 一段歷史，兩個故事
   兩種的故事框架，蘊涵兩種史觀
1. 「證據史觀 (evidencebased historiography)
   一種是流行在科學家、生物學家與遺傳學家之間的發現、除 錯、累積與進步的歷史圖像:科學天才的努力與洞見，撥開由神 話、宗教、想像與錯誤觀念所混成的迷霧，指出正確的道路，照 亮科學的未來。
2. 孔恩式的典範史觀
   科學的歷史是由一連串的典範變遷與更送所構成的。
   不再為當前科學家接受的理論，並不是混淆與錯誤的玄 想，事實上，它們有其合理的架構，它們只是被捨棄的「舊典 範」。它們曾一度興盛，啟發科學家構思解謎的方法，指引他們研 究方向，進而催生「新典範」。事實上，那些被新典範的科學家尊 為天才的革命人物，往往是出身自舊典範的人物，也殘留舊典範 的思想元素。一個科學發現，必須要有相容的概念架構(典範)，才能被視為真正的科學發現。
   而且孟德爾本人的思想也不像日後科學家想像般地先 進，事實上，孟德爾在舊典範下工作，他企圖解決的是雜交育種 的老問題。
2. 古典遺傳學的發現驗證史
1. 流行在科學家之間的生命科學的正統故事
   十九世紀的生物學可分成四個階段
1. 第一階段從1800-1830－自然神學 (the era of natural theology)
   以自然神學家裴利( William Paley) 為代表，主張科學的角色在於 顯示造物主的智慧。
2. 第二階段從1830-1860年－科學的世 俗化 (secularization of science)
   物理、化學、天文、地質、生 物學家紛紛提出他們的理論，達爾文亦在此期發表他的天擇說。
3. 第三階段為1860-1880－生命科學的達爾文主義轉型
   支持 演化的證據如此豐富，幾乎很少科學家願意否認它，宗教要不是 必須和科學共存，就是必須妥協。
4. 第四階段為1880-1890年－透過化約論整合生命科學
   這是生命科學快速進展的時期，高 潮為孟德爾遺傳定律的再發現
2. 古典遺傳學如何興起? 四條途徑
   四種不同部門的生物學研究，或間接或直接地導致孟德爾遺傳定 律的發現與再發現，催生了「孟德爾主義 (Mendelism) 一一 是古典遺傳學的核心
1. 演化觀念－生命從何起源?
1. 十九世紀初，一些神學家兼科 學家希望同時保有宗教信仰和科學推論。例如自然神學家裴利說 明生物對變動環境的「適應 (adaptation)乃是造物主的設計，他不只是基於信仰，還提供了許多經驗例子來支持這套說明，他的 著作甚至給予達爾文靈感和資源。
2. 當科學以理性、觀察和實驗來取代啟示或信仰時，就易於導 向產生無神論的立場。拉馬克(1744- 1829) 是法國無神論演化的學說的代表人物，他相信生命從無生命中「白發生成 (spontaneous generation) ，慢慢演化成多樣的生 命。
3. 達爾文(1809-1882) 的演化的證據基礎模型(天 擇演化論)
   生物由於特徵上的差異，對於環境有不同 的適應能力，在環境的變動下，更能適應環境的生物，就能留下 更多後代－即更能生存
   可是，達爾文的理論沒有交代天擇作用的特徵變異 ( variation) 之來源 ，他也無法說明隔代遺傳和返祖現象，他在發表天擇理論之前，也沒有一個可行的遺傳理論。
2. 胚胎學和生殖研究－生物個體如何孕育和誕生?
1. 亞里士多德
   雄性或男人的精液攜載了「形式」或魂，在受孕時「形塑」雌性子宮內 的一種無形式的可凝質( coagulum) 或人類女性經血，首先形成心臟和血管系統，繼而發育其他器官，逐漸地孕育成胚胎
2. 哈維(1578-1657 )
   哈維對於鳥類、爬蟲類、兩棲類、魚類的生殖都是透過 卵孵化的印象十分深刻，所以他推論「所有生命都起於卵
   可是，哈維仍然沒有提出一個能取代亞氏學說的發育理論，他仍然相信受孕的卵最 先形成心臟，而後逐步發育出各器和全身 
3. 漸成論－十八世紀的生理學家把亞氏和哈維的觀點精煉之後
1. 發育漸成論
   生物體的器官是從無形式的物 質或卵而逐漸發育形成的
2. 自發生成spontaneous generation
   生命可以自動地從無生命物質中浮現
3. 生機論說(vitalist doctrine) 必須要有某種非物質的魂或生命原質印加在無形式的可凝質或卵之上，才能引導器宮與胚胎的發育
4. 先成論( preformation theory)－與漸成論對立
   即新生物個體乃是先存在卵內的小個體膨脹或擴 大而形成的
   先成 論者主張個體生命來自已先存在的生命，不必訴諸於生命力這類 概念，所以「先成說與漸成說的爭辯代表了拒絕生機論的努力。」
3. 細胞學 (cytology)－顯微鏡發明後的產物
   其後直到十九世紀的一百多年間，生物的細胞結構不斷地被觀察 到，但是沒有人發現或提出任何「細胞是構成生物體的基本單元」 之學說。
1. 十八世紀末的解剖學家比夏 F. Bichat, 1771-1802 信任顯微鏡，他以精巧的解剖技能，分離動物器官的組成局部， 他稱作「組織 (tissues)
   他相信組織是生命體的基本組構單位所有器官和生命體本身都是由少數類型的組織構成的，他因此開 創了「組織學 (histology)
   拉馬克則結合虎克的"細微隔間"和比夏的組織學，鑄造了「細胞組織 (cellular tissues) 這樣 的觀念，而且主張「細胞組織」是構成生命體的基本成分
2. 1830年後，兩位生理學家史萊登(Mathias Sch1eiden, 1804- 1881)和舒旺(Theodor Schwann, 1810-1882) 共同提議第一個細 胞理論。
   他們相信每個生物體都是細胞的「聯合體」 ( communities) ，細胞一方面有自己的"生命"，另方面和其它細胞 合作以形成具有獨特功能的組織。
   可是，他們的細胞理論有一個 重大的缺陷，亦即他們宣稱最初的細胞可由混沌或無定形的流體 中產生，然後新細胞再從母細胞內部的核仁中產生，逐漸擴大形 成，在視覺形象上十分類似胞皂泡沫的形成過
3. 1880年代間，遺傳理論學家威斯曼1834-1914) 在細胞學發展的基礎上，提出遺傳胚原質(生殖細胞)理論( the theory of germ plasm)
   主張所有的遺傳物質全部存在於 細胞核內，生殖細胞的遺傳物質必定成對出現，在生殖細胞分化 過程中，被分化出來的生殖細胞遺傳物質減半
4. 育種(breeding) 和雜種培育(hybrid formation)
   育種技術的起源很早， 一萬多年的史前人類，已基於實(食)用上的效益而進行植物和家禽家畜的育種。
1. 一直到十七世紀時，才有科學家開始對育種和雜種進行科學性的研究，卡梅拉1665-1721) 把大麻的雄花花粉囊切除之後，發現雄花不再能使雌花受孕，因而確認植物像動物一樣也 有有性生殖，而授粉是一種性行為，使得後來的科學家可以更方便地利用植物授粉來進行雜交雜種的實驗
2. 接著是奈特1759-1838 、諾丁Charles Naudin, 1815-1899甚至達爾文等育種實驗學家，他們做出一些類似孟德爾實驗的結果，但他們要不是沒有把植株的特徵當成整 體考量，就是沒有計算每世代中顯出某種特徵的植株數日，所以 他們都不能把實驗結果連結到有用的理論上
3. 孟德爾是遺傳學的創建者，他對於雜交和特徵的組合感到好 奇，他讀了之前雜交和育種學家的作品後，設計出更有效果的實 驗策略。在方法論上，他是化約論者，不像先行者般尋求雜種的 整體意義，孟德爾把雜種的成分特徵拆開，一次一個特徵來加以 分析。
1. 分離律或孟德爾第一定律
   控制性狀的成對遺傳因子 (等位基因)就像粒子般，是彼此分離的。這條定律說 明了第二後代的性狀比例。因為在第一後代中消失的隱 性因子並沒有消失，而在第二後代中再度顯現
2. 獨立分配定律或孟德爾第二定律
   任一對遺傳性狀的行 為，獨立於其它任何遺傳性狀的行為。
3. 顯性定律( the law of dominance)
   親代兩種不同的遺 傳性狀中，一種會在子代中顯現出來，稱作「顯性性狀，另一種則隱藏，稱為「隱性性狀」。
4. 1900荷蘭植物學家德弗里斯(Hugo de Vries, 1848- 1935、德國植物學家柯仁斯(Carl Correns, 1864-1933) 和奧地利植物學家薛馬克1871-1962)三人分別獨立「再發現」孟德爾定律，然而三人的動機各不相同。
5. 孟德爾為何被忽略?
   孟德爾的著作並不是因為發表在 地方性的學報而完全不為人知，重點在於那個時代的科學家一一 尤其是納格利一一沒有足夠的正確知識，所以無法理解和恰當評 估孟德爾工作的意義。
3. 典範史觀下的孟德爾理論
   在「典範史觀」下，孟德爾本人不是"孟德爾主義者"他是另一典範 (植物雜交育種學)的一員，他甚至沒有發現「遺傳學定律」一一 他發現的是控制雜種特徵顯現和消失的定律。
   對比於正統觀點，一個科學的新觀點興起，它主張科學的核 心不是事實的發現，而是新理論的創造。理論是被發明而非被發現的觀點有一個必然的副產品，即選擇模型的可能性，可能被非科學的因素所影響
1. 典範史觀－針對孟德爾的理論，鮑勒試圖呈現如下的圖像
1. 概念的
   孟德爾定律的接受，要依賴於一組新概念架構的 創造，在此架構內，定律才有意義。所以，孟德爾的定律只有在 滿足以下兩個條件後，才會被視為重要的發現
1. 生物特徵從一世代傳遞到下一世代構成一個顯著而值得研究的領域
2. 特徵能被視為區隔的單元
   在孟德爾的時代，這兩個條件並不俱 足，因為當時的達爾文和同代人，都接受一個「遺傳的發育模型」 (developmental model of heredity) ，它完全不區分特徵的傳遞和特 徵在生物體發育中顯現的過程
2. 專業的
   遺傳學的興起不是一個既存科學內部的革命，而是一整個全新學科的創造
   科學的成長是「被社會接受的理論型所塑造的，該模型定義了研究領域。
3. 意識形態的
   意識形態指流行在社會中的普遍想法
   新理論可能被發明來滿足科學家與公眾的文化價值。孟德爾定律的再發現與政治上的「遺傳主義政策 (hereditarian policies) 在時間幾乎同步，因為十九、二十世紀之交，政治人物與社會評論者開 始在爭論人類的能力乃是由遺傳所決定的
2. 十八世紀的先成論者和漸成論者，都在機械論和唯物論的架 構下思考。雖然在生殖和發育的解釋不同，他們均共享相近的特 徵遺傳觀念:雙親的身體是重要的因素，因為它們提供子代成長 的養份。所以，子代的特徵是雙親特徵的混合。這個基本觀念也 被十九世紀帶有目的論色彩的發育論(developmentalism )繼承。
3. 對立於孟德爾的再發現者、遺傳學家和科學家的正統解釋， 歐比爭論下列三點
1. 孟德爾關切的是新物種的生成之中，雜種 扮演什麼角色?
2. 孟德爾沒有決定對偶特徵之成對因子(即單位遺傳物質或基因)的概念
3. 在孟德爾的論文中，受孕的細胞理論乃是用來支持他的主張：個體特徵在各種可能組合中保持恆定 與獨立，而不是做為遺傳決定因子的細胞學基礎學
4. 祖源遺傳－孟德爾主義的建立
   孟德爾定律被理解為"遺傳定律"孟德爾主義能被建立，要歸功於破壞「發育論」的「祖源遺傳 (ancestral heredity) 觀念和 胚原質(生殖細胞)理論，關鍵性的兩位科學家是達爾文的表弟 高騰和遺傳理論學家威斯曼。
   高騰從研究族群(population)變異與演化，而威斯曼從細胞分化中，提出三個重要的觀念：
   (1)生物特徵的傳遞和發育過程無關，因此應該分開考察
   (2)生物特徵是一 種來自祖先的"遺傳"，它是由某種遺傳物質攜帶的，獨立於雙親 身體
   (3)特徵不是混合的，而是分離的，傳遞特徵的遺傳物質，是某種粒子式的單位，遺傳物質存在於生殖細胞的細胞核內。
   它們構成一個"硬遺傳 (hard heredity)"的概念架構，提供後來的孟德爾主義者再解釋孟德爾定律的思想典範
4. 兩種故事和史觀的評價
   先透過下列三個面向來對證據史觀、典範史觀作一個初步的分析、比 較與評估。
   
1. 理論的、史觀的面向
1. 證據史觀
   錯誤科學觀念的科學家常以失敗、漠視 經驗證據、忽略實驗、耽溺於幻想、匆促下結論的角色現身，以 襯托出成功科學家的實驗技能、重視證據、嚴格謹慎
2. 典範史觀
   典範史觀看重一個理論或概念興起當時的整個思想脈絡
   「失敗的」 科學家和他們「成功的」對于同樣具有良好的實驗技能，也重視經驗證據，他們其實不是真正的「失敗」。他們提出的理論和觀念往往能合理地解決他們面對的問題。之所以被視為失敗，不過是 因為他們的問題已不再被視為重要的一一而這又是因為形成問題 背後的整個思想架構已全盤改變。
2. 證據的、史料的面向
1. 典範史觀
   典範史觀的確有歐比的第一手史料研究來支持， 1993 年更有柯考 斯和摩納罕的著作，詳盡解譚孟德爾的論文，為典範史觀提供強 有力的文獻證據。
2. 證據史觀
   強調科學研究的經驗實證之科學家卡 爾生等人，似乎從未仔細分析過孟德爾論文中的語言和概念，他 們也常漠視歐比等科學史家的工作
3. 歷史評價的面向
1. 典範史觀
   主張我們要相對於典範或 背景架構來評價科學家的工作。因此，在評價之前，我們有必要 詳盡掌握科學家工作和思想的整個背景脈絡和架構。
2. 證據史觀
   證據發現史觀"以成敗論英雄"，它傾向從勝利者的眼光來看待和 評價過去的科學家及其成果。而且證據發現史觀總是有輝格主義的危險：成王敗寇、以今非古
1. 挑戰與難題
   如何保證今天的勝利者不會變成 未來的失敗者?是否科學評價要隨著理論的成功和失敗而不斷地 改變?
5. 一個實驗發現的典型模式
1. 證據史觀－相信一個「科學發現」必須是在經驗證據的基礎上來判定
   在此史觀下，兩種類型的科學發現
1. 新現象或新元目(entity)的發現，兩者預設了現象規律的存在，換言之，即新的「現象律 (phenomenologicallaw)」之發現
2. 新理論的發現，或者新的「理論定律 (theoretical law)」 之發現
2. 典範史觀，孔恩歸納的科學發現特徵
   孔恩從三個案例中歸納出科學發現的共同特徵：先覺察到異例、逐漸而且同時地產生對異例的觀察和概念確認 (conceptual recognition)、最後是典範範疇與程序的變遷(通常伴隨著抗拒)
3. 孟德爾實驗發現的典型模式
   某個實驗老傳統中的某位實驗學家，做出了異象或新現象，並建立整合這些新現象和已知現象的經驗模型，但卻沒有任何令人滿意的理論來配合這個經驗模型，後來有科學家提出全新的理論，可以配合該經驗模型，他因此被視為一個科學發現，並成為支持新理論的一組經驗性的證據
6. 實驗發現的基本特徵
1. 新現象的發現有兩種基本類型
1. 理論引導的發現
2. 實驗引導的發現
   必定是在沒有任何理論預測的情況下由實驗操作而生產出來它往往 有相當高的意外成分。
   而這個新現象需要 歷史條件的俱足、產生一些基本特{毀，它才能成為一個「實驗發 現」。這些特徵或條件是:
1. 一個實驗在過程中產生的現象被辨識為"新現象"
2. 一個整合新現象和已知現象的"經驗模型"必須被提出來。換言之，新現象不能孤立存在，而是必須被納入一個模型、一個經驗的概念架構內
3. 新現象被觀察之際，沒有任何理論已先預測到他的出現，其時也不存在令人滿意的理論可以說明該現象，或者相關於該現象沒有任何可說明的理論被提出來。
   所謂說明該現象，乃是指一個理論模型配合經驗模型
4. 一個不同於任何已存理論的新理論被提出來說明該現象，他能令人滿意地配合已被建立的經驗模型
5. 某一新理論(在其他理論的競爭之下)被接受為說明該現象的最佳理論。同時，該現象和相關的經驗(模型)被視為該理論成立的經驗證據
2. 一個實驗發現者的資格並不在於他是發現該現象的第一 人，而是在於他首度提出關鍵的「經驗模型」。
7. 結語與評論 
1. 孟德爾對科學的貢獻
1. 他的實驗設計和實驗結 果，可以建立一個「經驗模型 '這個模型有能力配合後來遺傳論 典範的「孟德爾遺傳理論 '成功地指引和解釋後來的許多遺傳學 的實驗研究
2. 他使用的實驗方法，蘊涵一個極具啟發性的 實驗模型，可以啟迪後續的實驗研究，開啟一個遺傳學的實驗傳 統

覺得這篇文章想要討論什麼?
要回答「孟德爾本人究竟發現了什麼」以及「他對科學的貢 獻何在 '必須重新訴說古典遺傳學如何起源、古典遺傳定律如何 發現的整個科學歷史，也必須考察科學發現的哲學問題：
什麼才算是一個科學發現？
科學發現有哪些基本模式 ?
孟德爾的發現又是屬於哪種模 式?有什麼重要的條件?
回答這些歷史與哲學問題，是一種結合 科學史與科學哲學的考察，也就是本文的工作

我覺得這篇文章有哪些重點?或是我的心得?
這一篇將科學發現的桂冠從第一目擊者，轉移到報導者身上，比起破碎的新概念，該文更重視能統合這些概念的模型，我也滿同意科學發現應該要專注在統合概念，建立模型的人身上