2.42. 生物教材的逻辑链
最近和我家姑娘讨论学习上的问题，她提到《生物》不知道在学什么，抓不住要点。所以我通过这个文档帮她梳理一下逻辑链。
我用的教材是人教版的《生物选修3：现代生物科技专题》。
我看了它的目录和第一章的内容。然后我组织一下我的思路，我想表述这样一些观点：
首先，我要解释一下为什么经常使用逻辑链思考的人，更容易接受数学和物理，却比较难接受生物和地理。这里的区别是，两者的概念空间的大小是不同的。
所谓概念空间，就是我们讨论的问题里面的所有定义。数学和物理的概念空间是比较小的，比如，你知道自然数，整数，分数和实数，以及工作在他们上面的加减乘除的计算后，剩下的问题全部都是这些问题上的“变换”，这样你要记住的东西比较少，而且，在知识点和知识点之间，是没有多少“未知”的东西需要填补的，这样的知识的逻辑链非常清楚，你就比较容易掌握它的。
看到完整的逻辑链是人类思考问题的需要，就算你有很多不知道的东西，你都需要先让逻辑链完整。比如原始人，看到天上下雨了，他先要给个解释：天上下雨是因为龙王在天上喷水，那为什么又会闪电呢？啊，那是玉帝要求他下雨的时候有电母在旁边助威。那为什么有时他又不来下呢？那时因为玉帝不喜欢我们了，不让他来了，我们赶紧得去求玉帝开恩……
反正你要做决策，就必然需要一个“因为……所以……”这样的一个逻辑链。无论对不对都得先连起来等发现它不对的地方，再修正。等我们所有地方都和我们观察到的东西、以及我们靠这个规律预测的东西一致了，我们就非常信任它了。
数学就有这样的特质，你认知一个很小的概念空间，然后你发现在上面实施的各种判断，都能自洽，你就很容易掌握整个逻辑链。物理其实很近视，至少在中学阶段它很近似。牛顿三大定律，你和数学直接一一对应，很容易全部转化为数学问题。换到电学上，本质就是欧姆定律加上基尔霍夫方程，然后全部问题都转化为数学问题，这也很容易学习。
生物的逻辑链不能这样建了，生物更大程度上是个工程问题，工程问题上教你的东西很难用简单的方法连成逻辑链。还是说回物理，如果逻辑上计算一个线性电路的电流和电压的关系，无论电路多复杂，这就是个纯数学问题。但如果我们讨论的是工程问题。那么每个线性的电阻，其实是有工作范围的，比如它的有效功率是5W，你的方程就会复杂很多，因为你除了有欧姆定律构成的方程，你还需要时刻保持它的电流乘以电压，不能超过5W，否则欧姆定律就不成立了（至少它的电阻就不是个恒定的值了），这样，我们就会有很多莫名其妙的规律要记，比如阻抗匹配规律，这是一种单独计算输出电路和被驱动的电器（负载）的“电阻”的方法，可以用来解决比如我们的MP3输出的声音，配多大电阻的耳机才能让功率的利用率最高？这样就会产生新的概念，比如，负载阻抗要达到信源阻抗的共轭值，才能让功率利用率最高。这里负载阻抗，信源阻抗，共轭，功率利用率，都是新的概念。这些概念，在这个新问题上独立存在，它是对你过去名称空间的扩展，如果你不断发现这种扩展，你就会决定你很难稳定下来思考问题，你也不知道你该记住什么东西，你就会确定这个学科很难学。
所以你要对这个问题提前有预期，生物就是这样一个学科，它确实也有一个大的逻辑链，但这个逻辑链很长，大部分时候我们都不像数学那样，可以就用这个大逻辑链上的节点推来推去的。而是在某个特定的问题上，讨论一个小小的规律，然后再移动到下一个完全独立的点上，另外再讨论另一个小小的规律。这样，它就变成一个靠“记忆”的学科，好像你除了独立记住这些一个个的结论，没有任何其他办法。因为你根本没有基于已有的逻辑链进行“思考”，不能像数学那样，知道二元一次方程怎么解，可以用这个知识解一个又一个的方程，在生物上，你记住了二元一次方程可以解，人家就不再问你怎么解这个方程了，人家马上跳去讲怎么积分了。这会导致你觉得无所适从，不知道怎么学下去。
你要适应它这种模式，不要预期你马上就用那个知识用来解决问题，而仅仅是把这些知识连成逻辑链，每个独立的节点，就仅仅是挂在这个大的逻辑链上，这样预期降低后，逻辑链还是可以帮助你的。
好了，我们现在来梳理这个逻辑链。生物的逻辑链，在教材的前言，杨焕明院士的“致同学”中已经比较明确地给出来了：人类是一种生命。人类早期觉得自己是世间独一无二的存在，其他东西都是为人的存在而存在的（比如有宗教认为，上帝创造羊，就是为了给人吃的），但最终我们发现，生命世界是统一的，构成人的细胞，和构成细菌的细胞，具有相同的结构，我们对其他生命的控制，也同样可以控制我们人类。
借助越来越成熟的控制能力，我们对生命的控制能力越来越强，最初是物理的，我们可以把坏死的细胞从身体上割掉，然后是化学的，我们吃各种维生素，来改变我们的体质。到了现代，它还可以是数据的。我们可以直接用数学方法表示整个细胞内部的DNA结构，然后我们可以把这些DNA结构（的数字化表述）部分地复制给其他的细胞，从而实现我们把一种生命能力，复制到另一个生命中。
那么，这种事情是怎么做到的？什么是DNA？DNA怎么影响细胞的复制？我们又怎么获得它的数据化表述？这个表述的结果又是怎么样被“复制”到另一个细胞中？……
带着这些目标，我们的教材开始初浅地带我们遍历整个人类发现这些方法的过程。
比如第一章，就明确告诉了我们，什么是“基因工程”：
基因工程是指按照人们的愿望，进行严格的设计，并通过体外DNA重组和转基因等技术，赋予生物以新的遗传特性，从而创造出更符合人们需要的新的生物类型和生物产品。
强背这个概念，很困难，也不一定能抓到这个定义的要点。但如果你带着我刚才列出的那组问题来讨论这个问题，就能看到这个定义的要点了：
基因工程的关键在于，首先是我们可以首先我们的目标的。比如我想玉米更鲜甜，我就去改基因，达成这个目标，说明我这个“工程”有效。你不能随便去弄，今天从玉米上长出一个荔枝出来，明天长出给土豆，后面变成一只兔子然后炸了（其实这些结果算不错了，更多的情况是每天按不同的方式死了），也说我干得不错，这没有意义。工程的目的是“我想要的，我得到了。”
然后是“严格的设计”，这算是句废话，但也可以说是强调一下这个工程的特征。我们略过。
然后是重点了，它强调了两个技术：体外DNA重组和转基因。这是什么意思我们不知道，但我们至少可以关注到，前面这个技术应该是强调我们修改DNA的时候，不在身体上，而是在体外的，而转基因，则可能就在原地实现。
好了，更重要的要求来了：这些事情的目的，最终是“改变遗传特性”：它不是在修改这个细胞本身，它是让它的后代都因为这个修改而改变了。
最后产出物是“新的生物类型”，我猜比如是“红毛老鼠”？而生物产品，我猜比如是“疫苗”？
这样，这个概念我们就基于逻辑链解构完了，你让我再复述出来，或者用这个概念去做一些选择题，我预期我就没有什么困难了。
我们理解这个东西的过程，中间是留了不少坑的，比如我们确实不知道体外DNA重组是什么。但我们的逻辑链还是完整的，（体外DNA只能是个死记的东西）。留下的这些洞，也许可以帮助我们理解后面要讲的内容，也许就永远是个洞，但我们的逻辑链是完整的。这就好像我们知道龙王来播雨就可以了，至于他是从口里喷的水，还是从盆里倒的水，这个东西能研究下去当然好，不能研究下去，那就先这么着吧。
我们往下看下去。我们不是之前一直在奇怪，DNA这么小的东西，我们怎么知道怎么控制它的吗？教材给出了一个它归纳的时间线：
1944 DNA是遗传物质的证明
1953 DNA双螺旋结构和中心法则的确定
1963 遗传密码的破译
1967 基因转移载体的发现
1970 工具酶的发现
1965/1977 DNA合成和测序技术的发明
1972 DNA体外重组的实现
1973 重组DNA表达时延的成功
1980 第一例转基因动物问世
1985 PCR技术的发明
这全都是新的概念，我们还是不能像数学那样让它和原来的概念空间合并。但它回答了我们前面的疑问：我们怎么就发现基因可以控制的。
我们首先发现控制生物遗传的控制核心是DNA，然后我们还发现了它的转移规律。知道道理是一回事，但能不能控制是一回事。我们知道鸟会飞是因为有翅膀，不表示我们就能飞，因为我们没有翅膀，所以人类接着发现了转移载体，可以记住一个细胞的DNA，然后把它带入另一个细胞中（这个好牛逼），然后人们又发现了工具酶，这个东西可以切割DNA，你可以想象，这对于我们“控制”DNA，带来多大的突破了。然后我们还发现，我们可以把DNA的规律直接“数字化”，可以直接存在计算机中（顺便说一句，这个现在也是你爹我做的产品的一大市场，专门用电脑分析和匹配不同的DNA序列）。后面就是工程上的实现了：实现在很低级的蛤蟆上转移基因，然后是小白鼠，然后是不知道是什么的PCR……
这样，我们就知道我们的教材要告诉我们的逻辑是什么了。
下面是这个逻辑链下一个个具体的技术给我们的展示了，比如1.1章，详细地讲了其中DNA重组技术的整个过程：先切开DNA，然后再把不同的DNA片段有目标地缝合，最后在把缝合好的DNA传入目标细胞中。那么这个过程包含了什么东西呢？你就带着好奇的眼光去审视一下它给你介绍的过程就可以了。教材中给了你很多图，这些图并非是寄望你记住什么结构化的信息，而是给你一个感性的认识，能直观建立起：“哦，原来这个东西实际是这样的”，的感觉（教材甚至建议有条件的学校去参观这些实验室），在我们学习的时候，我们可以像参观一个真正的实验室那样去看看它的细节，就当旅行中的好奇就可以了。我觉得这种好奇，多了以后建立的感官印象，对你做很多其他判断，自然会产生印象的。
其他的每个章节的特点都是差不多的，比如基因工程是向细里控制，看一个个细胞怎么控制，而生态工程，反过来从一个统计学的宏观角度来决定怎么控制。在控制单个细胞的时候，如果做坏了，就扔掉就可以了。而在一个宏观的角度，你每天吃喝拉撒，都扔了，转眼就垃圾成堆了。这时我们学习什么呢？我们就学习：
物质循环再生原理
物种多样性原理
协调与平衡原理
整体性原理
系统学和工程学原理
每个这些问题，其实都是先介绍它的整体原则，比如为什么多年发展地球不会垃圾成堆呢？因为产生垃圾和消耗的垃圾的过程是平衡的，那我们怎么才能控制这种平衡呢？那就是一个个的个例了，比如“无废弃农业”的整个循环过程是怎么考虑的？怎么维持它的持续发展？
这样我们就又记住了很多过程知识了。
生物确实是一个挺靠“背”的学科，因为它工程学的成分太重了，而高中又没有到可以直接操作具体工程本身的地步。但如果我们接受了它的这个特征，基于逻辑链去理解记忆它的每个独立的知识，还是可以掌握它的。