蘇仲卿教授部落格
蘇仲卿教授部落格
2011
《中華民國發展史‧百年學術發展》生物學
蘇仲卿
一、序言
(一)生物學為人類生存必需的知識而分類學為生物學的基礎
人類的生物學知識,以滿足衣食住的需求而發達。求食是人類認知生活圈內生物的最原始動機,當然於攝取動植物為食物的過程中,會累積是否可安全食用而滿足營養需求、食用或外用對疾病或外傷的改善有否助益、生物材料如木料、植物葉、獸皮、獸骨等是否適合為工具、禦寒之用等經驗與認知。這等知識的累積當然要以辨別生物物種的能力為基礎,而這等能力即是建立生物分類學的基礎。換言之,生物分類學是人類建構生物學體系的原點。有了分類認知不同生物之後,人類進而觀察生理與繁殖等生物的營生機制,建立農耕及利用天然物為藥用之文化,因此,我們可以說,醫農的需求是建立人類文明及近代生物科學的基本推動力。中華民族傳承神話中的神農氏,就是辨別生物資源種類而建立其利用體系的一群先人的代名詞。
現代生物科學知識的應用,依舊可大分為醫學及農學,而醫業生物學之外,台灣生物科學多以滿足農業需求而發展,因此,本文將以農業相關生物學為主題。
生物分類學是將「認別生物種類」的知識予以體系化的學問。初期的生物分類依據生物外表形質的不同而命名區別,其後,發展利用解剖及計測技術將體內外形象數據化,亦即應用形態計測學(morphometrics)技術而建立精細的分類體系,是應用分子生物學技術,辨別遺傳分子異同的技術於分類以前援用很久的分類技術。分類的結果必要以語言表達(亦即予以「命名」),並設定標準標本庫做為永久的參照資料。因為生物分類命名需求的發展,可以說與人類文明同步發展,因此,生物分類與命名法的世界性統一,先行於其他物象命名法有二到三世紀之久。
雖然分類學有其獨自方法與技術,因為人類利用的動植物大都行「有性生殖」,故依據生物有性生殖呈現「種的獨立性」,人類很早就有「同種」與「異種」的辨別,而「種的獨立性」亦是生物學的重要原理。以粗放的認知而命名生活上可利用的生物種,以及對其可利用特性的認知,就是日據前台灣生物學的內涵。
以下舉例進一步說明生物分類學的重要性。
現在環保意識高漲而成為生物學上的熱門「生態學」,是以生物種間以及環境與生物族群間互相作用,發生族群消長現象為研究的主要對象故,假如對生物種的認別不清楚,根本沒有辦法對生態系做任何考察與分析。
台灣現時很熱門的利用中草藥為原料,研製「健康食品」的工作,最基本的要求是原料植物的「基原」必要清楚。換言之,必要使用分類位置清楚的純種才能研發品質有保證的產品。
(二) 本文分為明清期、日據期、以農養工期、近代化期及總回顧五段
在大陸大規模漢族移民之前,台灣的原住民已經有以小米與芋頭為主食的「刀耕火耨」式農耕與打獵文化以及依賴環境中生物資源的醫藥知識。漢族移民是中華文明的繼承者,其利用於農業的物種皆得自其移民基地的福建與廣東。雖然如此,生物與環境有互相影響的作用,並且由政治因素決定的農業政策亦影響農業生物科技的研究與利用,是故,台灣農業生態的形成及生物科學的發展歷史,必要依循台灣政治環境的變遷敘述。
本文將台灣的過去分成日據前、日據期、以農養工的重農政策期、近代生物科技移植與發展期及總回顧五段。
以下描述五段時期的台灣政治變遷概略,做為進入本題的引言。
日據以前的生物學認知與應用,除了大陸傳統的繼承之外,還有台灣特有的發展,如優良肉用水禽一代雜種「土蕃鴨」的育成、依據合理生態經營的虱目魚魚塭培養技術的建立、優良大陸豬種的引進及育種改良、與半發酵茶葉的製造技術相配合的茶樹選育等。
日據期的生物科技由日人主導。其主要貢獻有以生物資源調查為主要目的之生物調查與分類工作、以日人的經濟訴求為目的之經濟作物與家畜育種改良、以及以生物加工與利用為目的之天然物化學研究等。
日據期以二戰的結束前而言。但是戰後的復興因大陸的內戰與國民政府遷台的政情混亂而延遲。國民政府統治台灣初期,以美援資助加速戰爭損害復舊為主,韓戰帶來的政局穩定啟動「以農養工」政策,以出口農產品賺取外匯作為發展工業資本,於是,農業相關生物科學受到重視。例如,台灣大學動物系設立「漁業生物學組」,農復會設置農學院教師之美國進修管道等。
1959年,行政院以美國國家科學基金會(US National Science Foundation)為藍本設置國家長期科學發展委員會,1967年轉型為國家科學發展委員會(National Science Council),推動留學生派遣、研究計畫的審核與資助、科學研究教育及學術國際合作等,開展了科學研究近代化時代,特別於1970年代推動「生物技術」、1980年引進「分子生物學」研究技術,於是,不但是醫農相關生物科學全面現代化,部分有以純粹「生物學」研究成果呈現,又得開展以高附加價值生物產品的生產為目的之「生物技術產業」。
因為二戰後六十五年的台灣社會條件,經過相當長期的政治專制時期,故生物科學發展受到政策影響,即為政者的專制行為所致,與後來社會自由化對照,顯出學術自由的可貴。本文最後將回顧台灣的政治環境影響生物科技發展及其農業應用的軌跡作為結語。
二、台灣生物學史的分段記述
(一)明清期
1. 與華人移民一起移入的生物種及台灣研發的生物技術
有用生物種原的難得寶貴,由諾亞方舟的故事可知。先人航渡台灣海峽移住台灣時,同舟而來的,除了一些不可缺的工具及如天工開物之類工具書之外,一定有很多農用動植物種原,而農用動物一定是雌雄配對。
除了先人由大陸移進之外,於1661年鄭成功自荷蘭人手中收復台灣之前,荷蘭人統治台灣約四十年。其間荷蘭人移進台灣的農用物種的台灣話名稱都帶有「蕃」(或蕃仔)字,如蕃麥(玉米)、蕃(仔)薑(辣椒)、蕃(仔)鴨(紅面鴨)等,至於豌豆就直接稱為荷蘭豆。其他如黃牛、甘藍(蕃仔菜或高麗菜)亦是荷蘭人移進的。
我們可以從日人編著的「台灣農家便覽」(改訂增補第六版,台灣總督府農業試驗所編纂,台灣農友會發行,1944;以下簡稱台灣農家便覽)所收錄「在來種」台灣主要農作物及家畜名稱,可以知道其內容豐富,如下。
農作物:
水稻:烏殼、烏尖、白殼、早仔、花螺、紅米粉、清油、鵝卵占、埔早、堅殼、生蒿尖、圓粒、養荖、白殼早、矮腳蘆、雷槌早、赤殼早、江山白殼、柳占、烏殼清油等。在此,只列印度種秈稻而不包含糯米品種。
甘薯:七十日早、青心尾、嘉義種、鐵線藤、蕃種、芋變、大紅種、五斤種、烏葉仔、應菜葉、紅英國、澎湖紅、幼藤仔、白葉藤、英國種、紅丹、海烏種、厚根仔等。
有如此豐富的品種移入台灣,並不是因為雜交育種活動活潑,而是移民集團小而多,並且其來源地亦多的關係。
台灣是豐產水果類的地方,但是原生於台灣的並不多。以種類繁多的柑橘類而言,只有麻豆白柚、桶柑、紅文旦是台灣原生種,其他麻豆文旦、蜜柚、西螺柚、椪柑、虎頭柑、金橘等是由大陸移進者。
家畜禽:
比起主食作物品種之多,家畜的品種少得多。早期台灣移民帶進來的牛類、台灣水牛屬於印度牛系(黃牛是荷蘭人移進),其飼養目的是役用而非食用,並且,水牛是耕田役獸,與黃牛主要使用於運輸之用不同。役獸一生工作辛苦,台灣人原來不吃牛肉,與愛及役獸的純樸民風有關。
豬是為食用而圈養的家畜,因此,從大陸移進的中國種豬系(Sus vittatus)品種不少,有小型長鼻種、大型長鼻種、桃園種、瀰濃種、大耳種等,另外有原住民養的小耳種。這等豬種已經不見於台灣的養豬場。
家禽類之中,雞類的血統較為簡單。相對,鴨類有本地種的菜鴨及原產南美洲,經過印尼由荷蘭人帶進的(正)蕃鴨,以及公正蕃鴨與母菜鴨交配而產生的「一代雜種」土蕃鴨。馬與驢的一代雜種騾,因其強健耐勞特性而被培育。同理,土蕃鴨有菜鴨的早熟與正蕃鴨的大體型,並且體質強健,成為台灣代表性肉用鴨。菜鴨與正蕃鴨分類上屬於同屬但是不同種,其後代缺少生殖能力,利用人工交配才能育成,可以說是台灣早期畜牧育種的傑作。
農業相關的養殖漁業,淡水養殖方面,飼養鯉魚、鯽魚、草魚與鰱魚是一般農家可勝任的副業。虱目魚是一種海魚,其在魚塭的飼養卻要運作相當高的技術。魚塭的水是海水與淡水混合的半鹹水(brackish water),可促進虱目魚的生長。放養得自大海魚苗之前,放乾魚塭加入茶子餅於底泥,以茶子所含皂素(saponin)殺滅泥中害蟲與微生物,同時,茶子成份分解產生的養分,可培殖虱目魚餵料的藻類。因為茶子餅價貴而產量少,不足的肥料大都以大豆餅補充。以現代的眼光來看,是很合理的「生態系」經營技術。
開發上列兩例生物技術的先期台灣移民是誰,沒有文獻可查,但是其為繼承中國農業鼻祖「神農氏」精神與作為的人士無疑。
2. 西洋人的台灣生物調查
台灣生物的最早學術性調查暨紀錄,都是西方人的勞作(見於早田文藏:台灣植物圖譜〔Icones Plantarum Formosanarum〕Vol. 1之序文,台灣總督府民政部殖產局編纂兼發行,1911),其中貢獻最大的有兩人。
1860年被任命為英國駐台灣領事的史溫侯(Robert Swinhoe),依其博物學專長收集台灣原產動植物標本寄回英國大英博物館,將其分類命名刊登於英國的學刊。因為史溫侯的專長是動物學,這是很多台灣原產動物的學名,帶有其命名者Swinhoe名字的理由。聽說史溫侯收集的標本還在。又,現在淡水及高雄的舊英國領事館房舍,都是史溫侯所設(Google搜尋Swinhoe可找到許多相關資料),現在還可以尋找他的足跡。
根據植物學電子書(http://tai2.ntu.edu.tw/ebook.php)的記載,愛爾蘭醫生奧古斯汀亨利(Augustine Henry)於1892-1895年間來到台灣,進行大規模植物採集工作,其主要的採集範圍是台灣南部,計有打狗(高雄)、壽山、萬金庄、鵝鑾鼻、台南、安平及淡水等地區。所收集的標本全數送回英國倫敦之皇家植物園(Royal Botanic Garden, Kew)標本館,副份標本則分送歐美一些著名的植物標本館分別收藏,以供分類學者研究發表之用。隨後他整理1854年以來西洋人來台採集發表的所有資料,於1896年在東京發刊「福爾摩沙植物名錄(A List of Plants from Formosa)」。文中包括顯花植物628屬、1,288種(其中81種為栽培植物及20種為歸化植物),隱花植物149種,總計1,347種,是台灣最早也是最有系統的植物學著作。
(二)日據期
1. 以農事試驗場為主軸的農業改進、研發及推廣制度的建立
日人於1895年開始統治台灣五十年之間,初期大約三十年,以發展適應台灣天然條件的熱帶農業為主要工作。
農事試驗場(相當於「農業試驗所」的早期日語名稱;以下援用日人命名的各種機構名稱)是日本近代農學研究主要的推動機構之一,1890年代後期起,日本國內各府縣設立農事試驗場,進行改良農業之各項試驗。當時剛成為日本殖民地的台灣亦於1899年設置臺北、臺中、臺南三地的農事試驗場;1903年合併改制為台灣總督府農事試驗場;1922年將所有科技相關研究試驗統合設置中央研究所,農業試驗機構歸屬於其下的農業部;1939年又將所有農業研究單位分別歸屬於總督府直轄的農業試驗所(台北)、林業試驗所(台北)及糖業試驗所(台南),而在農試所之下設置士林園藝、平鎮茶葉、魚池紅茶、嘉義農業、嘉義畜產、鳳山熱帶園藝、恆春畜產、台東熱帶農業等試驗支所,從事於有獨特性育種及生產技術的改良、農業調查等。其他在各州廳設立農事試驗場、種畜場、種苗場等,進行農林畜牧技術的講習及種苗、蠶種、種畜的供應等推廣工作。這是到二戰結束時,日人所建立支持台灣農業的研發與推廣體系。有趣的是,糖業及林業兩種試驗場的行政與農試場分開,開始時屬於總督府民政部殖產局,中央研究所成立時林試所改成該所的林業部,糖試所於1934年改制,直屬於總督府。
比起農林牧業,水產試驗部門著力較輕。雖然於1909年就有試驗船的建造,其後二十年間設置幾處臨時性「水產試驗所」進行養殖與加工製造試驗,遲至1929年才成立臺灣總督府水產試驗場,在基隆及臺南設支場,分別職掌漁撈、製造、海洋之試驗調查與鹹淡水養殖試驗。
2. 農業教育
依據農事試驗場出版物,1905年開始每年都有「農事講習生概況」的記錄,可見農業技術傳播訓練工作的開始相當早。其後,陸續設立各級農業職業學校,如下。
最早設置的五年制農林學校是嘉義(1919)、屏東(1924)、宜蘭(1926)三校。另於1921年設立三年制台北農林專門學校,該校於1928年改屬新設立的台北帝國大學為附屬農林專門部,不久,遷校於台中,成為中興大學的前身台中農林專門學校。1930年代,五年制農校繼續在新竹(設於桃園)、台中、台南等州設立,但是農業腹地小的東部台東與花蓮,以短期補校方式設校。此一農業教育規模被二戰後的台灣幾乎完全繼承。台灣農民學識普遍高,與農業相關職業教育的普遍有關。
與農林牧三方面職業教育的普遍及層次之高相比,水產方面相當單薄;1922年與1936年分別於澎湖與基隆設水產講習所,後者於1943年改制為台北州立水產學校是日據期唯一具有規模的水產教育機構。
雖然早有專門學校的設立,並且總督府管轄的農事試驗場有專家進行不少育種及生物資源調查、利用與保護等工作,但以科學研究為範疇的生物學發展,可以說是1928年設立台北帝國大學為開端。以下以台北帝國大學的設立為界線,描述日據期生物學發展的兩段歷史。
3. 設立台北帝大以前的台灣生物學
(1) 農業生物學
為了瞭解台灣農業環境,農事試驗場的第一步工作是土壤、種原、病蟲害等的調查與整理,同時進行普通作物、特用作物、蔬果類的田間試驗、蠶事試驗以及「農事講習生」的訓練培育,進而公布「優良農事方法」等,其內容可見於農試場發行出版物的目錄(台灣農家便覽,2250-2280頁)。
至於農業立場的生物調查研究情況,亦由該目錄的一些項目,可瞭解以病蟲害原的調查研究為主題,如下:台灣害蟲目錄(素木得一,1912)、粉病菌科及介殼蟲寄生菌(澤田兼吉,1914)、柑橘果實蠅及蔬菜的蚜蟲類(牧茂市郎,1916)、豬裂頭條蟲(杉木正篤,1916)、柑橘立枯病原蟲及黃麻立枯病(澤田兼吉,1916)、稻馬鹿苗病(藤黑與三郎,1916)、台灣家畜寄生蟲目錄(杉木正篤,1919)、台灣產菌類調查報告第一篇(澤田兼吉,1920)(澤田兼吉的台灣產菌類調查報告繼續到1933年的第六篇)等,內容包含病蟲害相關的軟體動物(動物寄生蟲)、昆蟲與微生物。因為台灣的熱帶與亞熱帶氣候,生棲的動植物與微生物與日本大不相同,吸引不少專家來台進行調查研究。其中以植物、動物、農作物及微生物方面,有代表性貢獻的人物介紹於下。
(2) 傑出貢獻四例
1905年,東京帝大植物學教授兼植物園園長早田文藏受了台灣總督府的委託,開始進行台灣植物的調查研究,繼續了十九年。為了確認他的研究結果,1909年攜帶台灣植物標本,自費前往英國(London-Kew)、德國(Berlin-Dahlem)、法國(Paris)及及俄國(St. Petersburg)的標本館。在第一訪問地Kew與館藏的亞洲產標本比對研究,在其他標本館則以描寫當地的標本帶回東京進一步研究。回日後於1911年開始以每年一本的規劃出版台灣植物圖譜,於1921年完成十卷。全書收錄1854-1895年間西洋人所收集及發表的一千餘種台灣植物以及1895年之後日本學者所發表的物種,總計記錄植物170科、1197屬、3568種及79變種,其中1200種為台灣新發現種。每種均有詳盡之拉丁文描述、文獻、產地及插圖(引用自前記早田文藏著「台灣植物圖譜」第一卷序文及台灣植物電子書〔http://tai2.ntu.edu.tw/ebook.php〕)。台灣植物種原豐富與新奇性,很早就受全世界注目,為早田的不滅功勞(在台灣植物電子書網站可看到「台灣植物圖譜」第1, 2, 10卷及奧古斯汀亨利的「福爾摩沙植物名錄」數據化全書)。
1907年來台任農事場昆蟲部長的素木得一,於來台次年即遇到吹柿介殼蟲(Icerya purchasi)危害台北,用藥劑無法驅除,於是他建議以輸入敵蟲(天敵)來對付,1909 年親自赴美,將澳洲瓢蟲輸回台灣,三年內即完全除去蟲害,此乃台灣生物防治法之開端。當時台灣受三化螟蟲危害水稻亦甚嚴重,素木自1909 年開始進行調查研究,直至1917 年才完成防治法。他認為台灣昆蟲之學名急需重新查定,於是於1913年攜帶兩萬件台灣昆蟲標本赴歐,在英國博物館工作兩年,從而台灣昆蟲之種名大部分得以確定,此乃台灣昆蟲分類上之一大貢獻。
素木留英期間曾用心收集數萬件世界昆蟲標本及數千冊圖書充實台北帝大昆蟲研究室及總督府農事試驗場之設備,於1921年首創進出口植物檢疫辦法,防止蟲害蔓延,以維持台灣產業。他的學刊發表甚多之外,專書主要為「昆蟲之分類」、「昆蟲學辭典」、「基礎昆蟲學」等(劉昭民:台灣日據時代動物學研究,第七屆科學史研討會彙刊 182-187頁,中央研究院科學史委員會,2007)。
以純粹農藝育種做了不滅貢獻的是於1920年代育成蓬萊米的磯永吉。
台灣原有的主食米種是「印度型」(indica)秈稻,與日本人食用的「日本型」(japonica)稉稻不同。磯永吉任農試所所長,台北帝大成立後,又兼任理農學部農藝學教授,於台北帝大成立的1928年,發表「台灣稻的育種學研究」(台灣總督府中央研究所農業部報告第57號),報導他以十二年時間育成適合在亞熱帶氣候種作的稉稻的經過。他的新稻種於1921年開始在草山(現在的陽明山)竹子湖進行試驗,1926年由當時的台灣總督命名為「蓬萊米」,竹子湖的試驗田成為保存原種的「原種田」,蓬萊米遂成為台灣稻作的主品種,不但改變了台灣人的米食習慣,也達成了大幅度提昇米糧生產。戰後台灣政府為感念其功勞,留用一段時間後,還有贈送回歸日本後的磯永吉終生食用米糧之舉。
植物病害的研究方面,藤黑(Fujikuro)分離的稻馬鹿苗病菌(Gibberella fujikuroi),其培養基的濾液促進植物苗長大,為該菌所分泌物質的作用所致,是在台灣進行研究證明的。後來英國人定其化學結構而命名為「吉勃素」(gibberellin),是現在農業上有重要用途的植物賀爾蒙之一。
(3) 動物學
相較於早田文藏的全面性植物調查,日本政府對包含魚類、鳥類、爬蟲類、昆蟲類、哺乳動物類等動物資源亦進行詳細調查研究,並且對動物地理作了考察分析,其概要如下。
於1902年美國人D.S. Jordan及 B.W. Evermann使用多田綱輔在台灣採集魚類標本100多種,發表Notes on a Collection of Fishes from the Island of Formosa論文,記載魚類186 種。
大島正滿攜帶台灣魚類標本赴D.S. Jordan研究室,返台後於1919年發表論文,記載台灣魚類58種,包括8個新屬,15個新種,並首次報導「櫻花鉤吻鮭」(現被稱為國寶魚)。1920年,楚南仁博在霧社發現山椒魚。在亞熱帶發現溫寒地帶才有的鮭與山椒魚是世界新記錄。
1896-1897年期間多田綱輔採集鳥類標本,於1899年出版專書,記載196種之分布及習性。
1906年菊池米太郎在阿里山捕獲20餘隻新種鳥,為紀念日本天皇命名帝雉。
1908年菊池米太郎發現高山特有毒蛇龜殼花。
1909年起大島正滿刊印多種書刊記錄台灣及琉球蛇類。
最早調查研究台灣昆蟲的是德國人山特(Hans Santer),於1902年即開始採集標本。其後,日人渡邊龜作、永澤定一、松村松年、楚南仁博亦加入行列。其中最有成就的素木得一,已在前面介紹。
蝶類的調查研究可舉江崎悌三與鹿野忠雄兩人。
哺乳動物,包括鹿、豹、熊、豬、猴、穿山甲、鼠類等,由菊池米太郎、楚南仁博、黑田長禮、堀川安市等人研究。
日本動物學家在台灣進行動物調查研究時,曾經注意到動物分佈情形與地理有關。1923年大島正滿已注意到台灣魚類分布與東南亞魚類分布之關係,指出中央山脈兩側淡水魚類分布不同;濁水溪以南地區與以北地區之淡水魚類亦有溪南為印度系,溪北為華北系之不同。
(4) 生物化學的發軔
台灣豐富的植物種,吸引日本化學家進行植物成份(所謂「天然物」)的化學研究。特別以化學檢驗為主要任務之一的中央研究所合併農業試驗所,並且專賣局的釀造微生物研究及專賣局轄下樟腦局的植物精油研究,因為在同一機構之內進行的關係,促進了生物與化學研究活動的互相影響,成為以吉勃素的發現為例的生物化學研究的搖籃。
3.設立台北帝大以後的台灣生物學
雖然在台灣設立帝國大學的建議早有,經過相當長期的討論及籌備,於1928年始得實現。成立時只設理農及文政兩學部,而理農學部設生物學、農藝化學及農學等與生物科學相關三科,其後經過理農分離等改制與擴大,1945年移交成立國立台灣大學時,有植物學三個講座(分類、生理、生態),動物學兩個講座(水產動物及比較生理、哺乳動物及比較形態),農學九個講座(園藝、作物、育種、昆蟲與養蠶、植物病理、應用微生物、家畜衛生、畜產第一、畜產第二),農藝化學七個講座(土壤、肥料、釀造、製糖、營養、生化、食品),獸醫三個講座(病理、內科、外科)等。
日本大學的講座,在一位教授之下,普通有一或二位助教授,一到三位助手(已獲博士學位者)及不定數副手(學士後研究生,不支薪),其外配置處理事務的事務官一位及幾位「技官」,所以,講座教授的地位很高。台北帝大成立時就任的講座教授,被選出後,都由總督府派往歐美進修兩年才任職,其過程嚴謹而人選都很優秀。是故,在帝大十七年之間,有培養出可接下一代「講座教授」的「助教授」的成績,與台大於1973年才有第一位農學博士的產生,相差很遠。
台北帝大運作十七年,其間有關生物學研究活動,記錄於其「理農學部紀要」(Memoirs of the Faculty of Science and Agriculture)及「熱帶農學會誌」(Journal of Tropical Agriculture)兩種刊物。前者只記錄在帝大的研究,後者發表的成果包含台灣所有農業試驗與研究機構的業績。
由此兩種刊物登載的論文內容可以歸納帝大的研究方向有下列幾項:
(1)繼承以農業的發展為基礎的生物資源物種調查、有關其生產的生理及生態、與加工有關的生化性質、與防疫相關病理研究等。就台灣農業上佔有第二位重要性的糖業來說,種原部分有國外引進及自行育種兼行,製糖技術有「耕地白糖製造法」的完成,副產品蔗渣的紙漿化研究,以及糖蜜為原料的酒精及航空燃料製造技術的工業化等。
(2)不以應用為目的之偏向基礎學術研究,如蛇毒、植物及菌類的酵素活性探索、植物色素、台灣產海藻及一些台灣地方性植物的聚醣類化學、植物花粉的細胞學、昆蟲的運動生理及溫度效應生理學研究等。
(3)由帝大聘任的水產生物學者進行淡水浮游生物、淡水魚類、海水魚類與哺乳動物的調查研究,補強水試所的不足。
(4)前期已經開始的東南亞區域的生物調查研究的擴大與系統化。
台北帝大以成為熱帶及亞熱帶生物學及農學研究中心的意圖,充分表達於其所發表成果,並且也可以看出已經進入以生理學及生物化學為主要研究方法的境界。
(三)戰後前期(1968年設置國家科學委員會之前)
1. 1945年終戰之後的台大及中高等教育規模的擴大
1945年日本戰敗,台灣的日據時代終止,繼之而來的中國內戰,1949年的中華民國政府遷台動亂,不但延遲二戰期間的空襲災害的復舊工作,時局混亂帶來的經濟困境,使得學術活動幾乎全般停頓。
台北帝大改組成立的國立台灣大學,少數帝大畢業的本地人成為新進教師,留用一部份日人教授,來接管的大陸學者,大都為有留日經歷者。雖然大學之門大開,以擴大帝大時代後期為確保學生來源而設的「帝大預科」改為「台大先修班」而招募學生,因有資格投考的中學畢業生不多(例如,1946年入學的理農兩學院學生,本地人60多,大陸生不出30),沒有師資不足的問題,有問題的是經費不足。雖然是國立大學,經費卻要仰賴於台灣省政府,成為1950年校長傅斯年先生憤死於台灣省議會議壇事件的原因。同年開始,只得使用日人留下資源,勉強維持生物化學實驗教學多年,是筆者的親身經驗。
帝大轉身為台大後,雖然帝大的體質大都被台大繼承,但是生物科學部門有一系新設及一系改組,如下:1947年農學院設立森林學系,吸收農化系纖維化學講座為該系林產加工研究室,該系雖然繼承帝大農林專門部的傳統,卻是台灣第一開設的大學森林學系,為台灣林政及林業培育許多人才;1954年理學院動物學系分為動物生物及漁業生物兩組,漁業生物組的設置是海洋生物學成為現時台灣動物學界最強項的基礎。這兩項早期的組織改造對台灣生物界的發展影響深遠,值得特記。
在這一時期,日據時代的台中農專改制為台中農學院(1946),五年制農校前後改制為農專(屏農:1954,嘉農:1965,宜農要等到1988),基隆新設海事專科(1953)(海洋大學的前身)。另外新創幾個私立大學中設生物相關系組者,有東海大學生物學系(1955),中國文化研究所農學門及家政學門(1962),輔仁大學生物學系(1964),實踐家專食品營養系(1958)等。
2. 農復會主導的生物科學發展
戰後的台灣農業,立即接收到聯合國善後救濟總署(United Nations Relief and Rehabilitation Administration)的一些救濟物資肥料之後,隨著中央政府的遷台,為了改善中國農業運作而由美國政府在中國大陸資助成立的「中美農村復興聯合委員會」(Sino-American Joint Commission on Rural Reconstruction,簡稱農復會或JCRR)亦遷台,扛起台灣農政的任務,而於1950年開始執行甄選農業科技人員派赴美國進修一年的計畫;這是戰後輸入新生物科技於台灣的最早行動。
由美國援外機構資助為主的人力培育,到行政院於1959年設立部分使用美國資金援助的「長期科學發展委員會」(簡稱長科會)才開始脫離依賴外援,而於1967年長科會改組為「行政院國家科學委員會」(簡稱國科會)始得達成科學行政的獨立。
3. 1959年創立長科會前的台灣生物學家
戰後接管台大的第一代校長是植物生理學家羅宗洛,他留有當年的紀錄(李東華、楊宗霖編校:羅宗洛校長與台大相關資料集,台大出版中心;此一資料集可在http://books.google.com.tw閱覽),但是他並沒有在台灣留下學術工作的紀錄。同樣,同年代中國代表性植物生理學者殷宏章,亦於1948年在台大植物系只做非常短暫的授課。
當時在台灣做過研究工作的有本地出身的徐慶鐘(台大農藝系、省農林處處長)、陳炯崧(台大農藝系)、鄧火土(台大動物系、省水產試驗所所長)、徐水泉(台大農化系、省農試所所長)、楊祖馨、顏滄濤、謝伯東、何方該、陳玉麟(台大農化系)、李永基、劉榮標(台大獸醫系)、黃永傳(台大園藝系)、陳其昌(台大植物病理系)等。1960年代後,接這等前輩學者擔任第二代工作的,無論是台大或台中農學院(後來的中興大學)出身的,當時都是在學學生。
終戰之後從大陸前來的生物學相關學者,有陳兼善(台大動物系、省博物館長)、于景讓、李惠林(台大植物系)、陳振鐸、劉伯文(台大農化系)、魏喦壽(台大化工系、中央研究院化學所所長)、劉棠瑞(台大森林系)、盧守耕(糖業試驗所所長、台大農藝系)、汪厥明、顧元亮(台大農藝系)、趙連芳(台大農藝系、省農林處處長)、劉淦芝(糖業試驗所及香蕉研究所兩所所長)、李先聞(糖業試驗所、中央研究院植物所所長)等。農復會雖然有沈宗翰、蔣彥士、馬保之等本國及紐森等美國專家,但其工作與教學研究無關。
留任日籍教授中,留任期間長、教學研究著有成就而值得紀錄的,有台中農學院農藝系岡彥一、台大農工系高坂知武及植病系松本巍三位。
4. 學會活動及學刊
1917年在南京成立的中華農學會,於1949年遷台,1950年即在台灣開始學術活動並發刊會誌,可能是戰後最早期在台灣運作的生物科學相關學會。1950年台灣大學動植物兩系創刊Taiwania,1960年中央研究院植物所刊,1963年農業化學會成立並開始發刊會誌等都顯出,雖然環境困難,已有一些學術研究成果出現,而有必要建立論文發表管道的社會需求。但是,初期為解決本土需求而辦理的學術刊物,到了1980年代以後,為追求學術卓越而必要依賴國外學刊為論文發表管道,雖然有國科會的努力及補助,在國內發刊世界一流學術刊物的夢還不能成真。
5. 長科會的創立及其任務
我國的大學雖然將學術研究列為其任務之一,主管大學行政的教育部並不編列大學學術研究經費的預算。1959年長科會成立之前,中央研究院是唯一列有學術研究經費預算(研究所業務費)的機構。
戰後十四年,1959年由當年的中央研究院院長胡適主導創設長科會,台灣才有提供經費於學術研究的管道(楊翠華:胡適對臺灣科學發展的推動:「學術獨立」夢想的延續,漢學研究,20 (2),2002)。因為長科會的設立由中研院主導,其所有部門(組)的主管由中研院派出;生物組組長由中研院植物研究所所長擔任。
前面已提過,長科會接受資助研究計畫的申請之前,只有農復會以實用為目的之農業研究計畫資助辦法。但是,農復會的計畫不是以公開競爭方式產生,而是由農復會的專家訂出目標與方法之後,由其選定研究單位執行。筆者於1957年以使用化學肥料養虱目魚為目的,規劃了魚塭的生態研究計畫向農復會提出,獲得「計畫同意,但是轉給水產試驗所台南分所執行」的回答。這一事顯出農復會的威權作風與其不同於一般所認知學術資助機構的公開競爭性質
長科會的任務有提升學者待遇以改善學術研究的環境,資助學術研究計畫及資助國外進修計畫等三項之外,以改進國內研究環境及教學為目的,成立不同學門(物理學、化學、生物學、數學)研究中心。生物學研究中心由中研院動植物兩所及台大動植物兩系組成;任務有以互補方式充實書刊、外購先進儀器及邀請國外學者舉辦暑期學術講習會三項。
講習會在中研院蔡元培館講堂舉辦。1960年代是分子生物學開始迅速發展的時期,因此,講習會的授課內涵以分子遺傳學、分子生物學及其周邊學問為主。雖然當年到南港中研院的交通很不方便,講習會大受學生歡迎而堂堂爆滿。於1980年代兩人都當選中研院院士的黃秉乾、黃周汝吉夫妻檔是此一系列講習會的講師。
外購大型儀器如電子顯微鏡、胺酸分析儀、分析式超高速離心機(具有傳統折射率及當時最先進的紫外光吸光度觀測系統)都設置於中研院植物所。電子顯微鏡的設置與使用,由於有請兩位日本學者前來講授切片製備及機器操作使用等技術,並且有儀器製造商的維護保證,使得圓滿運作到新型機器的購置為止,計二十多年。可惜的是其他兩部機器,沒有事前的使用訓練及行政主管的不當人事排斥而幾乎完全被閒置到報廢。
農復會主導的國外進修,因為經費全額來自美援,故限制美國為進修地,並且不以修學位為主,可以說是技術訓練計畫。長科會的國外進修可以到不同國家進修學位,故可以說是以培育博士班師資的計畫。兩者相比,長科會與國科會的人力培育計畫,可說成為最近二十年台灣科技獨立的原動力。
長科會時期國內資源幾全為培育人力所用,因此以研究工作當為訓練一部份的博士課程無法建立。一般而言,研究成果不顯著,而不需要用太多資源的植物組織培養技術則成為植物部門的主要研究對象。總而言之,這一期間國內完成的學術成果,除了有繼承前人既有基礎者(例如在醫學部門進行的蛇毒研究),以及只需要傳統設備(如顯微鏡)的解剖、細胞學、形態與分類等有些進展之外,沒有太多可在國際刊物發表的成果呈現。
6. 新生物技術的萌芽
日據時代日人在台灣研發發酵技術很用功,例如台灣傳統釀酒技術的近代化、糖蜜酒精的製造、使用穀類澱粉為原料的酒精發酵技術(稱為amylo process)等,現在還都被沿用。1958年使用糖蜜發酵製造味精的技術,從日本研發單位東京大學移轉於味全食品公司,於是台灣的發酵食品工業進入新境界(現在台灣資本的公司生產的味精佔全世界產量的十分之一)。其前,雖然有台糖公司的食用及飼料酵母的生產,美國氰胺公司與台糖公司合辦生產抗生素飼料添加物(歐樂肥)等生物技術工業的存在,以技術高度而言,與味精發酵的差距很大。
1950年代,真菌類的純種培養技術已經廣為農民使用,而發展成為建立洋菇罐頭產業打進世界食品界市場的「以農養工」範例。由於台灣罐頭產業發展突飛猛進,於1965年台灣罐頭食品工業同業公會、前行政院國際經濟合作發展委員會及農復會共同捐資設立食品工業研究所於新竹,發展至今,已成為台灣民生工業保母之一。
同年代植物組織技術的導入與發展,成為1980年代初植物基因轉殖技術的基礎等,都必要記住的歷史。
(四)設置國家科學委員會之後到現在
1. 國科會是唯一純粹學術研究資助機構
1967年國科會以美國國家科學基金會(US National Science Foundation)為範本而成立。經費以政府預算編列,但是撥入「科學發展基金」方式管理,故其開支不受會計年度的限制而可靈活使用;業務雖然繼承長科會模式,因不受外援影響,可推動明確的科技獨立政策。國科會設有自然科學、生物科學、工程技術、科學教育及人文與社會科學等五個學術處及國際合作與企畫與考核兩處,以及其他官署應有的行政作業單位。
1978年與美國斷交之後,農復會於1979年結束,改組成立農業發展委員會(農發會)為行政院部會之一,又於1984年改名為農業委員會。此一變遷過程中,屬下農林漁牧相關試驗研究單位的規模與運作範圍繼續擴大。為求更大研究試驗空間,1977年農試所從台北公館遷移於台中霧峰,委託大學或與大學合作、以應用為主的研究依然維持進行。是故,純粹學術性生物科學研究僅存國科會審核通過的部分研究計畫。
因為國科會有協調部會間科技研發方針的功能,國科會成立之後,具有生物醫農研究計畫補助權的國科會生物科學處,成為主導台灣生物科技發展的龍頭,而在國際合作處的緊密合作運作下,國內與國外學界的接軌與合作亦容易達成。於是,從1970年代開始,呈現每十年為一階段的飛越性進步,顯示有適當的科技政策才會有順利的科技發展。
國科會的國外留學政策大致上與教育及研究機構的需求相配合,與此相對應的是教育部依公開甄試方式選拔固定學門留學生的公費留學生獎金制度,以及讓國內博士畢業生到國外進修的博士後研究獎助辦法。公費留學進修學生學成後皆回國服務,與早期尚未建立公費留學制度時的自費留學生,大都滯留於國外不同,而與國內自己培育的博士生成為台灣科學近代化的主力。
生物科學部門留學國的選擇以美國最多,日本其次,歐洲國家較少。就學門的性質而言,歐美以基礎生物科學較多,日本因國情相近,修習農學與水產學者不少,兩者有相補相成的效益。
以下分段記述台灣近代生物科學發展的路程。
2. 台灣生物科學近代化的路程
(1) 生物科學近代化的三大方向
1970年代開始的生物科學近代化發展有:a. 分子生物學的引進及其研究技術的普遍化;b. 以生物科學的研究貢獻於社會民生為目的之生物技術研發努力的加強;c. 為修補因工業發展及化石燃料過度使用而發生的生態系損害,以及以環境保護為目的而進行之生物多樣性及地球規模的生態維護研究等三大方向的發展。在農業方面有:a. 永續農業(sustainable agriculture)的建立;b. 基因修飾(或轉殖)動植物及微生物(genetically modified organism,GMO)育成平台的建立;c. GMO生態安全性的檢驗技術與設施建立等三大目標。
(2) 因應三大目標方向的研究與教學體制的建立
針對分子生物學興起的世界潮流,最早以設立新研究所與之對應的是有院士會議做為諮詢機制、並且握有「總統府直轄」的行政及財務優勢的中央研究院。
該院於1982年12月設立「分子生物綜合研究室籌備處」,研究大樓於1983年12月破土,1986年7月啟用,是國內以美國標準興建並裝備的第一座研究大樓,也是第一座掛上「分子生物學研究所」招牌的學術單位。
1990年以後,中央研究院陸續設立農業生物科技研究中心籌備處(1997年改為生物農業科學研究所籌備處,2006年轉型回歸為研究中心)、以基因體及蛋白質體研究為主題成立基因體研究中心(2003),動物所啟用設於宜蘭縣頭圍的臨海研究站(2003),將動植物兩所的分類與生態研究單位為骨幹成立生物多樣性研究中心(2005),並以其收集的標本成立博物館(2007)、2005年動植物兩所分別改制為植物暨微生物學研究所及細胞與個體生物學研究所,以符合時代潮流而越專化研究重點的轉移。
同一期間,不少大學的生物科學與生物技術部門合併轉型為生命科學院。以台灣大學為例,理農兩學院的部分系所合併而成立的生命科學院,設有下列系所及學程:生命科學系、生化科技學系、動物學研究所、植物科學研究所、分子與細胞學研究所、生態學與演化生物學研究所、漁業科學研究所、生化科學研究所、微生物與生化學研究所、基因體與系統生物學學位學程等。由此可見,台灣的生物科學教育,已經進化到採用以生命科學與生化科技兩學系分別授與生物學與生物技術的基礎課程之後,由很專化的學門研究所接手培育高科技專才的體制。
(3) 培育高級科技人力的搖籃博士班的開創
科技的發展,必先要有自行培育高級科技人力能力的建立。國內外以修讀課程制度獲得博士學位的制度,都規定除了修完規定學科之外,必要完成學位論文以證明具有獨立進行學術研究能力。由此可知大學博士班的設置對科技的發展殊為重要。1967長科會轉型為國科會之後不久,教育部准許幾處有足夠師資及研究能量的國立大學的一些學門設立博士班,1973年全國始有頭一批19位博士生畢業,而其中只有一位專攻生物科學部門(生物化學)的農學博士。當時博士學位必要經過教育部組成的考核委員會口試通過而由教育部頒給「國家博士證書」,行事非常慎重。1973年之前,在國內任職的少數博士都是在國外取得學位者;假如沒有國內自行培育的努力,在「民國百年史」的紀錄上,可能不會有本文紀錄的盛況。
依據教育部的統計,2009年國內博士班在學生有33,751人,假如平均在學四年畢業,則每年有八千多人獲得博士學位;與2000年博士班在學生13,822人相比,九年的成長率高達2.44倍,對照同期間大學部學生數成長1.79倍相比,可知大學部畢業生繼續修習高學位的意願相當高。
教育部網站公布大學醫農學院師資佔師資總數的12.5%。以大學師資中具有博士學位者的百分比估算,醫農學院具有博士學位教師大約有四千一百位。如果將被歸納在理工範圍的理學院生物科系師資、農委會農林漁牧試驗機構、民間生技公司、中研院生命科學相關研究所等的生物科學人力合計的話,國內具有博士學位的非醫學生物科學研究人員應該近於三千人;這與國內所有學門中,只有農學部門研究成果已超越國際平均水準的成績可以相提並論。
(4) 生物科技近代化的開始到現在
a. 分子生物學的引進推廣
提升科技的因素有社會穩定、經濟發展、高等人力充足、國際學術交流自由、政治領導適宜且政策透明等。1970年代開始的台灣學術界,除了國際交流方面受到中國的打壓之外,其他條件都相當良好,而華人社會普遍重視教育的風潮在台灣特別旺盛,也成為很大的發展助力。
1960年開始,台灣大學開始有酵素化學實驗課程的開授而傳播較高階生物化學研究技術。蛋白質的膠體過濾與膠體電泳技術的引進及推廣,普遍化了從前只能依靠價格高昂機器才能進行的蛋白質分子流體力學鑑定技術,可能是1960年代台灣生物科技近代化的開端。
1970年中央研究院設立「生物化學研究所籌備處」。初期雖然有以蛋白質與核酸為研究對象的廣範圍規劃,卻因籌備委員會的建議,縮小以「蛇毒蛋白質」為研究主題,成為台灣引進分子生物學延後大約十年原因之一。
1970年代,國科會認為將新興生物科學應用於農業以外的民生工業、亦即「生物技術產業」必要發展,於是開始推動以「酵素技術」為骨幹的生物技術發展計畫,因而亦引進核酸研究技術。
1980年夏天,國科會邀請在美國有成就的我國分子生物學家,在台北舉辦大規模的分子生物學相關研究技術講習會。於是,1980年代開始,分子生物學成為被台灣所有生物科技研究普遍應用的技術。
分子生物學研究技術滲透於所有生物科學研究的理由如下:
(a)研究對象核酸是「遺傳子」(亦稱「基因」,gene)的構成物,而一種生物具有的「基因套組」(genome),是該生物所呈現一切生命現象的「設計圖」。
(b)因為地球上的一切生物源自共同祖先,核酸研究成果可推用於所有生物有關生命現象的探討,也可進行不同生物間的核酸移轉而呈現其功能,亦即可建立跨越物種的「基因轉殖」或「分子育種」等基因工程(genetic engineering)技術。
(c)核酸的分離純化比其他生物大分子物質容易,並且分離得到的微量核酸可用生物細胞或生物化學方法增殖放大。
(d)台灣開始分子生物學研究時,核酸與蛋白質一級結構的關係已經被闡明,並且核酸一級結構自動化分析技術不斷進步,比蛋白質一級結構分析簡便又省錢故,蛋白質研究亦可融合核酸研究技術而大幅縮短研究時程。
(e)操作核酸功能的表現機制,加強或減弱(甚至於消滅)一種生物的一種基因功能後,觀察所發生生物個體的形態與生理變化,即可明瞭該基因或其產物(蛋白質)的生物功能。
(f)生物的進化是遺傳物質的變異(mutation)所致,而親緣關係越近生物相對基因的一級結構越相似。是故,比對不同生物種間相對基因結構,比依據外表形態及染色體分析的古典手法,是更為精密的生物分類方法。
b. 國內以環境保護為目的之大規模生態研究首例
1960年代後段,中央研究院與國際科學聯合會總會(International Council of Scientific Unions,ICSU)的聯繫開始正常化之後,對國際上開始活撥化的「全球環境變遷」議題注目而有所參與,其具體動作之一是為參與ICSU環境科學委員會(ICSU Scientific Committee on the Problem of Environment,ICSU-SCOPE)的活動而設立SCOPE國家委員會(SCOPE National Committee,SCOPENC)。SCOPENC經過中研院錢思亮院長的許可,結合中研院動物、化學兩所及台大海洋所與動物系的研究人力組合研究團體,於1971年向錢院長兼任主任委員的行政院原子能委員會,提出針對建設中的北部第一核能發電廠海域,進行生態調查研究長期計畫,藉以評估其施工及運作是否安全而對海域生態有否衝擊。筆者印象深刻的是,錢院長與原委會鄭鎮華主秘都贊同該計畫是學人回報社會應負起的責任,而給「要以二十年不斷進行」的勉勵。
這一計畫是國內最早執行的大型長期生態研究。該計畫範圍從核一廠的建設第二年開始,延續到核二、核三廠的施工與運轉,核四廠的環境評估作業為止的十八年之久。其中雖然發現一些施工方法及設計上之不對,但是對環境因素及生物相的衝擊,只有核三廠溫水排放口設計不對而高溫效應所發生畸形魚(報刊稱為「秘雕魚」)事件之外,運轉安全性都在國際水準之上。
這一財力與人力的投入甚巨,對台灣核能工業的安全性有高度背書價值的計畫,其報告卻被錢院長的後任原委會主委核定為機密文書而不為社會所知。假如有如初期規劃,資料公開而每五年有綜合分析報告呈現於世,相信有減少我國社會對核能發電安全性憂慮的效果。
c. 與環保及生物技術的發展相輔相成的種原保存管理與研究服務體制的建立
基因工程成為生物技術研發的核心技術之後,有用基因的可貴成為社會的共識,又,過度經濟開發導致的生物種毀滅,喚起對生物多樣性續存重要性的認知,於是,有關種原保存工作在台灣積極展開。
台灣的山地森林蘊藏非常豐富特有種原,農委會林業試驗所於1964年開始設置林木採種林達三十多公頃,又依據1982年公布之文化資產保存法設置19處自然保留區。1973年亞洲蔬菜研究中心成立於台南縣善化。因其工作的國際性,該中心現在擁有世界最大的蔬菜種原庫。新竹食品工業發展研究所菌種保存及研究中心(Culture Collection and Research Center) 於1982年開始運作,後因應經濟合作開發組織(The Organization for Economic Cooperation and
Development)的呼籲,以及菌種保存實質上已由微生物資源拓展至細胞資源與基因資源的範圍,於2001年改名為「生物資源保存及研究中心」(Bioresource Collection and Research Center)。農業試驗所於1993年成立國家作物種原中心。其後農委會下屬的畜產、水產等試驗所都設立相關種原庫,這等種原庫的資料可透過中研院生物多樣性研究中心的網站索引閱覽。另外為提供研究用標準動物,國科會於1988年設立實驗動物中心,2003年改制為國家實驗動物資源中心,成為國家實驗研究院的一單位。
隨著研究技術的發達,重型貴重儀器的必要性增加。為了提升儀器使用的專業性及經濟性,國科會在國內大學普遍設立貴重儀器中心,進而於2003年,統合原屬於國科會之各個國家實驗室,改編設置財團法人國家實驗研究院,以建構研發平台、支援學術研究、推動前瞻科技、培育科學人才為重點任務。其下屬十個單位中與生物科學有關者,除上舉實驗動物中心外,還有高速網路與計算中心提供生物巨大分子立體結構分析及分子間作用的模擬,以及分子遺傳與演化研究等所需要的高速演算服務。
台灣是海島,海洋研究非常重要。台灣大學海洋研究所於1968年成立後,為滿足該所海洋研究船的需求,海軍將得自美國海軍的900噸拖船「九連號」,除役移交於國科會改裝為研究船。1980年代,因應研究層次的提升,國科會委託那威一家研究船專業船廠,建造800噸「海研一號」研究船,於1984年交由台大海洋所管理使用,同年九連號退役。1990年代初期,國科會以國造方式建造約300噸的海研二號及海研三號,分別交由基隆海洋大學及高雄中山大學管理使用,形成我國海洋研究船隊,可以說是國科會所做最大的貴重研究機器投資。
為台灣科學研究發展,投資最大的大型儀器是同步輻射設備。簡單說,它是一種光源設備,但是維護與使用運轉需要的電費,每年以台幣幾億元計。使用的同步加速器設計與建造開始於1980年代後期,1994年4月起開放光源供國內外學術科技界使用,但是光源不穩定而不能獲得有用結果是初期使用的結構生物科學家的共同評語。依據同步輻射研究中心網頁的記載,頭一項X光繞射蛋白質結構分析於2001年完成(2003年發表報告),而最近兩年才有較多生物相關研究成果出現。雖然可預期將來能發揮更大效用,只就生物科學研究而言,卻是國內尚無需求時大量投資浪費資源的實例,可為殷鑑。
d. 生物技術的發展與農業生物技術國家型科技計畫的運作
科學基礎研究進步到相當程度時,必會產生將成果貢獻於社會的意願。相反,也存在著為提升社會服務的水準而回頭加強基礎研究的規劃。中研院在1980年代設立生物醫學研究所是後者的實例,而於1990年代設置農業生物科技研究中心是依據前者理念。
1990年代後期,行政院規劃「國家型科技計畫」而農業生物技術國家型科技計畫於1998年開始執行。幾乎同時,以中研院植物所為主力成立研究團體,參與水稻基因組序列分析國際計畫,負擔第五條染色體的定序,於是應用與基礎雙方面的農業相關大型計畫在二十世紀末年同時開始。水稻基因套組定序於2004年完成之後,國家型計畫也於2008年完成十年的運作,現在正以行政院農業生物技術專案方式,繼續擴大研究成果的產業化。
農業生物技術的研發項目中,著力最大的項目是對「代謝症候群」(metabolic syndrome)有改善效益的「健康食品」的開發製造。這一類產品符合「醫食同源」的華人思想,但以中藥為原料的危險作法相當普遍。是故,衛生署頒布「健康食品管理法」,以規範長期食用安全性並約束商品不得有藥效的標示。
植物種原正確性亦是健康食品的開發上必要遵守的原則,故優良農業規範及種原鑑定的「生物分子分類」等先進技術,對於這一類產品的開發而言是必需的。
e. 基因工程技術的應用及其技術運作與產物的安全性管制
傳統的農作物或家畜育種,是利用有性生殖生物的交配行為,選拔兼有兩性親代個別具有的優良形質的後代而達成。利用基因工程技術的所謂分子育種,可將異種生物的基因如微生物的「殺蟲基因」,移入於作物而令其具有抗蟲害形質,是有利於減少農藥使用,在環保的立場上應受歡迎。簡稱為GMO(Genetically Modified Organism)的基因工程產物,卻被質疑食用安全性及違背宗教信仰與擾亂生態的可能性。
含有替代農藥成份的食物是否安全,是很自然的疑慮。打破「種間隔離」是「違背天理」,或食用含有動物基因產物的植物違背素食主義是宗教信仰上的疑慮。這兩類疑慮可透過技術的說明及產品來歷的標示,讓消費者有所選擇而可解決。
GMO的開發研究到生產的過程,一直被憂慮的是「基因流布」的「生態安全性」。為GMO的育成,經過分子生物學操作的DNA分子,有被生物細胞自動取入,成為其遺傳機制的一部份,「流布」於自然界而擾亂生態系的可能性。是故,我國在開始應用基因工程技術的1980年代,已由國科會制訂基因操作的實驗室管制規範,而於開始有GMO產品出現的2000年代,在農委會轄下相關試驗所,分設檢驗作物、家畜、水產動物基因流布的設施並頒佈其運作基準。
f. 代表台灣現代生物科技的一些人與事
台灣現在進行中或已經有的傑出生物科技研發成果及其相關學者實在太多,要作網羅性報告是不可能的,只得依個人的淺薄認知,舉幾項近期完成的代表性成果於下。
應用分子生物學、酵素化學、X光繞射結構學(利用同步輻射完成的第一例)等研究技術於油脂代謝酵素的研究,並育成台灣第一號工業用基因轉殖稻米的現任中興大學校長蕭介夫,利用基因靜默技術育成台灣第一號基因轉殖作物抗病木瓜的中興大學現任副校長葉錫東、應用分子生物技術於建立生態系管理養蝦技術的台大動物研究所教授郭光雄,成功於基因轉殖家畜的育成及複製的台大動物科學技術學研究所教授鄭登貴與其在台灣動物科學研究所的合作伙伴,以基因轉殖蠶種做為蛋白質生產載體的中研院分子生物學研究所研究員趙裕展,與農試所國家作物基因庫合作、以基因轉插技術製成水稻變異種庫的同所研究員于淑美,開發抗口蹄疫DNA疫苗的中研院農業生物科技中心研究員楊叔美,開發抗魚病疫苗的成功大學生物科技研究所教授楊惠郎等。
3. 展望將來
科學研究發展需要的硬體設施及人力培育與厚植的兩項基礎建設,台灣已經相當完備,並且維持這兩項基礎繼續發展的經濟能量應該也在繼續成長。因此,我們可以期待台灣的生物科學能繼續貢獻於台灣人民的民生福利的提升,建設更為健康的生活環境及永續農業。假如農業政策正確,人民以食為天的觀念經營農村及農業,提升農民的收入到非農民的水準亦可達成。
在本章節的結尾,有一項特別要記述的是,雖然台灣生物科技的將來一定是日新月異,但是,清末年代借西洋人的力量開始的物種調查分類研究,於日據時代由日人完成一大部分之後,1970年代開始由我國學人主導而結合國際力量接力,除能純粹培養才得研究的微生物之外,使用傳統技術的動植物分類研究工作已經近於尾聲,預測將來新物種的記載不會增加太多。以成果呈現最為顯著的植物分類調查為例,依據與美國合作契約進行的第一版「台灣植物誌」的編撰由李惠林、劉堂瑞、黃增泉、小山鐵夫、棣慕華五位主導,全書六卷,發刊於1975到1979年間:第二版由國科會委託黃增泉規劃,集台、日、美、荷蘭、澳洲、新加坡、中國學者約一百人執筆,全書六卷,發刊於1993到2003年間, 記載4,339種,其中4,077種為台灣原產而1,067種為台灣特有,網羅全台灣植物種殆盡。
(五)總回顧:政治影響生物科學的發展
1. 統治體的變遷對台灣農業生物科學發展的影響
台灣的生物科學發展一貫以農用生物的研發為基軸展開。因為民生相關,農業的經營受政治的影響很大。回顧歷史可以看出,中央政府的行政力量很少影響台灣農業行政的清末時代,農業經營以糧食的自給自足為目的而發展,而經營方式的決定權操縱於地主及自耕農家之手中,產物的流通限於人力運輸可及的範圍。唯一的例外,可能是因應大陸的茶葉出口而採購台灣茶葉,形成了較有系統的茶樹栽培(北部山坡地茶園)、採收加工(台北茶莊)及包裝運輸(經過淡水河運輸到海峽對岸廈門)的產業鏈。
日人的著眼點是將台灣建設為熱帶農業的基地,因而進行有系統而全面的種原調查整理、育種、為栽培技術的建立所需要的生理、病理及生態研究,而其重點集中於重要的經濟作物如水稻、甘蔗、茶葉等,以及與病蟲害相關的微生物及昆蟲。必要注意的是日人以台灣為基地,對東南亞的生物亦作相當規模的調查研究,但是,就目的而言,不外是其經營殖民地台灣政策的延伸作業。
二戰之後,戰災復舊因二二八事件及國民政府撤退於台灣而倍加困難,後因韓戰而美國軍事與經濟援助增加,局勢趨於穩定,加上在長年戒嚴下威權統治的關係,很快實現在大陸多年都未能實現的土地改革,使得以糧食增產為目標的政策很快實現,到了1960年代,以農養工的政策於是開始運作。在這一年代,以農業增產為目的之育種及種原引進活潑,肥料與農藥之類農業化學物品的使用大量增加,帶來環境及食品污染,至今尚是台灣農業的難解問題。
美國援外法案以小麥供應的方式進行,政府以小麥換取台灣通貨的方式獲得資金,於是鼓勵麵食,導致稻米的消費減少,麵粉的消費增加,美援停止時主食習慣變化已成定局,不得已採用稻田休耕辦法為達成稻米減產手段。目前主食穀類的一半仰賴進口,以食物熱量計算的糧食自給率一路下降到現在的四成不到。
2. 政治民主化對生物科技發展的重要性
日據時代雖然注重了全民的初等教育,中等以上教育因日本政府採取機會不均等政策而限制台灣人受中高等教育。在此殖民地歧視政策之下,醫生成為台灣受過高等教育的最大族群,由日據時代畢業於理農學院的台灣人數可能不出五十人一事可見。
二戰後教育的平等開放是最大的德政。戰後立刻普設初級中學,開放中等教育普及之門,逐漸擴大到高等教育,不但符合台灣民眾重視教育的意願,亦建立日後經濟建設及社會民主化的基礎,雖然大規模擴張有降低硬體投資比重而不利於提升科學教育的缺陷。但是,不可否認1990年代以前的威權政治,特別是國科會成立之前的長科會依賴美援份量很重的1960年代,因為生物學部門學術研究資源的分配權被掌握在一位威權觀念人士手上,將其職權視為滿足自慾的工具,或排斥自認無用的生物學分野(如分類學)研究,或發生浪費寶貴資源的事件也發生不少。資源少時重點使用是合理的辦法,但是剛愎自用,以為有先進儀器就會有先進研究成果可獲,將多額資金投入於不合時宜且昂貴機器的購入,既無能力使用於自己的研究工作,又以其作為控制人事工具而限制他人使用,或依其不合學理的主觀建築不能使用的研究設施,令巨額投資未發生任何效益而報廢,都是當年政治威權衍生的弊害。
1960年到1970年代,台灣學研界的經濟狀態並不容許支付很多經費於儀器的購買,台灣卻被稱為儀器商的天堂,理由是幾乎所有儀器代理商沒有提供售後服務能力,研究者使用儀器的訓練沒有或不夠,因此,一旦發生故障就廢棄不用,於是又申請新購儀器而堆置故障機器到報廢。這是商業還沒有自由化,商人利用統制經濟的漏洞而產生的後果。
3. 外貿的發展對生物科學的重要性
1960年代,台灣的科技研究環境處於極端困境,是因為外貿活動還沒有開展,外匯管制嚴峻,連向美國衛生研究院申請獲得的美金研究經費,都被認為不合法外匯,不能使用於儀器與藥品的進口。又從國外進口研究用藥品的管道不順暢,雖然使用政府認可的外匯,因為各項手續繁雜費時又只有海運可託,從詢價發出訂單到物料到手,依筆者的經驗平均要費一年。因此,研究用藥品只有穩定性高的可外購,容易分解或變性而失效的生化藥品,只得自己合成或從生物材料分離製備,不如現在,有經費就可以電子信或傳真發出訂單,下禮拜可在研究室收到以乾冰低溫保護的容易損壞的(如酵素)或有效期很短的(如以磷-32標示的核苷酸)藥品。
尤其是現在生物科學的每一分野都利用分子生物學的研究方法與工具,而所用藥品中容易變質的酵素之類使用最多,在國內開始發展分子生物學研究的1980年代,國科會曾經規劃自行生產,但是不久,由於國外來源穩定,致使所有自製計畫都雲消霧散,可見與國外的商務發展,外貿管道暢通對於生物科學發展的重要性。
4. 以生物科技與農村改造政策的融合,促進農村經濟發展與建立永續農業
1970年間,行政院訂定食品科學為重點科技之一,因而有新竹食品工業發展研究所的擴張、台大食品科技研究所及其他大學食品科技學系所的創設。經過三十多年的共同努力,不但台灣食品科技學會成為世界食品科技界公認的優良學會之一,其對台灣食品業的貢獻亦受到業界的認同。
食品業(包括餐飲業)是連結於農業的產業,對於農業的發展有很大的牽引力,由國民將可處分所得(disposable income)的約三成花費於飲食的事實,可得見證。如將農作生產業及食品與餐飲業的運作時空距離拉近為一體,不但可以發展新的農業經營型態而提升農民所得,又可集中處理生產消費鏈產生的有機廢棄物,轉換為氣體燃料及有機肥而可達成資源循環的永續農業目標。這應該是政治界要考慮實現而誘導學研界努力的方向。
5. 台灣學術界受中國打壓的歷史:以生物化學界為例
國際科學聯合會總會(ICSU)是於第一次世界大戰之後(1931)成立的最高階非政府國際學術組織(於1998年改名為International Council for Science,但是簡寫維持ICSU),統合所有科學部門學術聯合會(International Scientific Unions),而由國家或地域的科學院(academy)申請為其會員,是國內學術界與國際學術界交流的重要管道。因為ICSU之下的學術聯合會很多,並且各個聯合會有其獨立的會章而獨立運作,不能作全般記述故,以下以筆者關係最深的生物化學會為例,說明台灣學術界與中國學術界的關係。
1961年,國際生物化學聯盟(International Union of Biochemistry, IUB)在莫斯科召開第五屆國際生物化學大會(International Congress of Biochemistry, ICB),中國大陸生物化學界代表第一次以會員身份出席。
1964年,第六屆ICB在紐約召開,中央研究院接受美國國家科學院(US National Academy of Science, USNAS)的邀請,在中研院設立「生物化學國家委員會」(National Committee for Biochemistry, NCB)做為向IUB提出入會申請的會員。此一申請案,因會前的通信投票,有蘇聯、中共等共產國家會員的反對,NCB的入會必要在ICB期間召開的IUB會員大會中以多數票決方式決議,結果,NCB獲得多數票成為會員。ICSU的基本原則之一是「科學普世性」(Universality of Science),因此,在ICSU組織內,要包含所有獨自性「科學區域」是當然的。
不幸的是,中研院的入會導致了大陸的退會。1965年筆者收到當時的IUB會長、諾貝爾獎得主Severo Ochoa的來函,說明了IUB理事會的說服努力未克大陸的退會決心。
1970年筆者與生化界前輩商議發起在台北成立「中國生物化學會」(Chinese Biochemical Society, CBS)。1979年中國在杭州成立生物化學會,其中英文名與台灣的相同,並且,該會將排除中研院的會籍為條件,申請成為IUB會員。
1979年7月,IUB在加拿大多倫多(Toronto)召開第11屆ICB,因此,多倫多成為懸掛十五年的IUB兩岸會籍問題的會商解決地點。
當時的中研院錢思亮院長、科學指導委員會吳大猷主任委員、總統府蔣彥士秘書長是商擬對應策略的主腦團而國科會國際合作處王紀五處長擔任秘書工作。筆者因為在紐約ICB會議之後,奉王世杰院長之命一直處理中研院ICSU相關生物科學部門事務,並且被錢院長指派為前往多倫多的主席代表,所有院內相關會議一律奉陪。因為事關兩岸事務,與政府的方針不可有違背,院內會議的階段性意見,必要由蔣彥士秘書長向蔣經國總統請示裁決,始得進入下一段討論。最後得到蔣經國總統裁可的是「不反對大陸的入會」及「一中各自表述」原則。
多倫多的會議,我方代表是羅銅壁教授與本人,大陸是生化學家王應來、鄒承魯及一位生物物理學家(忘記其大名)三位,在IUB理事會代表同席之下面對面會談。因為每次會議的結果,雙方都必要向本國回報請示,錢院長允許筆者任何時段都可打電話給他,但是大陸方面是北京辦公時段才能聯絡,所以續談要等到隔日午夜以後,進展有相當大的障礙。結果是:大會承認大陸的入會,但是容許本人在大會閉幕典禮中宣佈大陸入會之後上台說明台灣立場,如何各自表述未能在會期間獲得同意,閉幕後由理事會與雙方高層直接商議解決。
當年的IUB秘書長是Miami大學的W.J. Whelan,財務長是Amsterdam大學的E.C. Slater。兩位在多倫多會議直後來回於台北與北京之間,與雙方高層負責人折衝交涉,終於獲得雙方可以接受的「各自表述」方式,即在一個中國(China)之下,並列兩個平等的會員。
IUB會員名單是該會會章的附則(Bylaw)之一。為了要顯示兩岸會籍對等,原在中研院之下設立的「生物化學中國委員會」將其會籍移交於「中國生物化學會」,但是雙方以相同名稱並列於Bylaw有混淆的問題,所以在IUB的公報上說明,「只為在會章附則列名之目的,將台北的生化學會稱為『設在台北的生化學會(the Biochemical Society located in Taipei)』。又,此一決定並不限制該會為執行會務時自我命名的權力」。所以,假如不看當時IUB公報的整套文件而只看IUB會章,對當時解決問題雙方同意的基礎會產生誤解。
在China之下可以有兩個對等的會籍,其根本理由是ICSU的「科學普世性原則」。ICSU有另一項稱為「科學家遷涉自由」(free circulation of scientists)的原則。1999年在埃及開羅召開ICSU大會時,李遠哲院長為處理921大地震善後,應蕭萬長行政院長之邀緊急回國之後,中國代表團向大會提起,因為大陸科學家去不得台灣出席學術會議故,台灣違背「科學家遷涉自由」原則的譴責動議案。筆者說明在台灣主辦國際生化聯盟贊助的「蛋白質分子生物學與生化學研討會」(1992)及「第五屆國際稻米分子生物學研討會」(1996)時,主辦單位招待邀請的大陸學者都發來「北京的許可太晚來,來不及辦理手續」的電子信還在PC中,可提供ICSU查證責任所在時,中國代表團立即向大會請求撤案。
如上面記述,台灣的國際活動處處被中國打壓。2011年,中研院李遠哲前院長將要就任ICSU會長,是否民國百年的現在大陸的打壓已經解除,讓我們繼續觀察吧!
6. 建立國內自有論文發表刊物是否重要?
台灣現在的生物科學研究水準,以農業部門來說是稍微超越世界水平之上,但是國內並沒有世界水平的生物科學刊物的發行。國內是否自行發行發表自然科學研究成果的刊物,一直是學術界的懸案。為追求台灣學術獲得外國的認知,目前的學術行政不鼓勵在國內發表論文,而是極力鼓勵向國外出名刊物投稿;換言之,似乎自認,國內學術界還沒有可以獨立向國外顯示高度科學集體力量,故不必擁有自行發刊全世界都必要參考的學術期刊。中央研究院是擁有國內最好研究設備與設施的最高學府,又有很多院士及國內頂尖學者,是否可以規劃發刊像美國科學院刊(Proceedings of the National Academy of Sciences)一樣的刊物,以達成真正的學術自立?
致謝:本文的講評人郭光雄教授,給筆者許多改進「日式漢文」的高見,對於在日據時期轉移民國的青黃不接年代成長,而未曾上過國文課的筆者是很大的受益;台大生科院博士班的李源芳君,當本撰寫計畫的工讀生,替我跑台大與中研院的圖書館、尋找影印不能由電腦下載的資料、核對年代等老人容易錯誤的資料、並將文稿格式化以符合編委會的要求等,筆者在此向他們兩位致由衷謝意。
《中華民國發展史‧百年學術發展》生物學
28 December 2011