為了讓教師或家長能夠帶著孩子在科學世界裡輕松邀遊，三十位小學教師和七位科學家合作編寫了《科學的種子》第四冊。閱讀《科學的種子4》不需要事先具備什麼科學知識，書中給出了一些學習科學的方法，可以引領所有對科學充滿好奇的人（包括學生、教師和家長）一起去探索科學。
在本冊中，七位科學家將邀請您共同探索他們研究領域內的一些主題。馬克·拉博為我們講述了波浪的一生：從海面上悄無聲息地產生，到岸邊驚心動魄地消亡。娜蒂尼。貝伊雷阿斯通過追蹤細胞的變化向我們揭示了器官是如何在胚胎中漸漸形成的。讓一路易·杜弗洛斯內通過解釋地球大氣中的各種現像，幫助我們了解大氣的存在條件。吉斯蘭·德·馬爾西裡為我們敲響了垃圾危害的警鐘。皮埃爾·比納特羅帶著我們進行了一次時問和空間的奇異旅行，來揭開造成蘋果下落和影響宇宙的神秘力量一一萬有引力。貝爾納·席隆讓我們對塑料這種無處不在的材料的特性和用途有了進一步的了解。紀約姆·勒古安特為我們重現了生物分類學發展的幾個重要時期，並展示了如何通過進化這個概念來理解動物之間的親緣關繫。
通過這七個主題，我們的家長、科學教師，還有充滿好奇心的小讀者們會發現，隻要以通俗易懂的語言來表述，再輔之以簡單易行的實驗，科學並非像我們想像的那般晦澀難懂。
“動手做”繫列叢書是一套生動的科普讀物，適用於小學備個階段的學生和對科學感興趣的所有讀者。“動手做”是一頂由法國科學院倡導，法國教育部頒布的科學教育革新計劃，自2000年起在法國全國範圍內推行，並通過了法國科學院委員會的質量認證。

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序言
波浪
脊椎動物的發育
大氣物理學
廢物
引力
聚合物
生物的分類
詞彙表

應該如何來描述脊椎動物的發育過程，或更通俗地說，如何來描述生命體的發育過程呢？
單看個體出生時的模樣，很難說出他在出生前所經歷的各個階段的情況。在個體出生前發生了什麼呢？我們對子宮內生命體的發育是如何描述的？通過超聲波圖像，我們可以看到一個有腦袋和四肢的小人。但我們並不能就此得出結論：子宮內的胚胎發育過程就隻是一個單純的生長過程。
胚胎發育的研究向我們描繪了受精卵（由來自母體的卵子和來自父體的精子結合而成）是如何從一個單細胞發育成一個完整的生命體的。因為我們對發育現像觀察的範圍存在不同，所以描繪的情況也有所區別。如果是肉眼可見的細胞，那麼觀察它隻需要使用放大鏡一類的工具。借助這些工具，我們可以看到約10微米（1微米等於一百萬分之一米）大小的細胞。今天，我們嘗試從分子層面來解釋細胞的活動。觀察細胞體內的分子結構，需要借助十分先進的儀器纔能進行，因為它們的大小僅以納米（1納米等於十億分之一米）計算。通過觀察，我們纔能對這些分子間的相互作用進行解釋。
在分子層面，基因被賦予了特殊的地位。基因是脫氧核糖核酸（DNA）大分子上具有遺傳效應的片段，而DNA位於染色體內，所以染色體就構成了人體的基因庫。基因所代表的遺傳信息通過兩性繁殖，代代相傳。基因控制細胞內蛋白質的合成，因而對受精卵的發育起著關鍵作用。
現代生物發育學的研究正試圖從組織、細胞、分子和基因等不同層面，對胚胎的發育現像進行觀察、描述和解釋。但是我們每個人對於如何表述生物個體的真實存在都有不同，因為我們從生活中獲得的認知經驗各異，而且隨著生活閱歷的增加，個人的理解深度也不一樣。要想對胚胎發育進行描述，就需要進一步熟知胚胎的觀察過程，所以要學會使用科學家在胚胎發育過程中所采用的觀察步驟和手段。
實驗模型的選擇
我們可以用不同的方式來觀察脊椎動物的發育。對哺乳動物的發育進行觀察，其子宮構成了一道難以逾越的關卡。鳥類受精卵的大小比較適合觀察，但需要對它實施一次復雜的“外科手術”纔能進行。而兩棲類或魚類胚胎的發育則借助放大鏡就可以直接觀察，因而我們選擇它們作為觀察對像。
硬骨魚，也稱斑馬魚，可以作為理想的胚胎發育觀察模型。頗受養魚愛好者青睞的斑馬魚飼養起來並不費事（見圖2-1）。
為什麼選擇這種魚作為研究對像呢？在胚胎發育研究中，選擇一個研究模型生命體有什麼重要意義呢？
斑馬魚卵有許多特點，其中它非常適合活體內細胞分裂研究的特點，引起了生物學家們的注意。透明的魚卵大大方便了對胚胎發育過程中每一個階段的觀察，借助高清晰度的顯微攝像機可以對細胞分裂活動進行記錄和分析，以此來重現我們以前從未質疑過的生命現像。
在生物發育的研究中，每一位科學家對任何一種研究模型的研究成果都能夠作為強有力的證據。最近二十年中，對基因在胚胎發育中所起的作用的研究，讓我們對生命世界的個體有了全新的概念。例如，在蒼蠅體內參與胸腹位置不同部分形成的基因組，幾乎與人體內參與胸椎和腰椎形成的基因組一模一樣！在人類發育的分子學研究方面，我們在果蠅發育的研究中獲得了甚至比在人類自身進行的研究還要多的信息！退一萬步來說，即便大家隻對在人類身上進行的研究感興趣，仍然有理由相信，研究那些外表和人類相去甚遠的生物體將是非常有意義的工作。在這樣的背景下，生物學家們不斷地尋找一種外形比果蠅更加接近人類的生物，同時它也具備和果蠅一樣便於對參與胚胎發育的基因進行繫統研究的特點。
斑馬魚體型小，而且可以同時飼養成千上萬的研究樣本。這種魚從出生到性成熟的時間是3個月，繁育的後代數量眾多（在理想條件下，每條雌性斑馬魚的產卵數量可達300枚，而且每周都可以進行交配）。斑馬魚胚胎發育速度快，在受精完成後，幼體孵化的時間為48小時。斑馬魚的這些特點讓我們可以從偶然攜帶突變基因的魚群身上來研究影響個體特征的基因缺陷。這種研究方案涉及基因及其突變影響的精深知識，其中會涉及斑馬魚的基因組序列。我們稍後再討論基因組序列的形成和帶給我們的科學知識，以及它在人類基因學領域的應用。

科學的種子是什麼？
《科學的種子》是“動手做”項目的繫列叢書。該叢書並非是教科書，它不僅面向兒童，還面向“普通”的讀者，面向那些對我們周圍世界感興趣的人，以及那些被科學深深吸引卻沒有機會從事科學活動的研究者……總之，它是想把對科學好奇與渴求的種子傳播給兒童和身邊的讀者，尤其是傳播給學生的家長和小學教師們。播下科學的種子，期待著發芽，等待著開花結果。
本套叢書是這樣誕生的。
從1998年10月起，“葡萄籐”基金會每年在普羅旺斯組織一次由八九位科學家和三十幾位小學教師參加的座談會。雖然參會者每年不同，但他們都一致認為有必要在學校嘗試科學實驗教育。科學家和教師各自代表著一個彼此尊重但卻互不溝通的群體。通過“秋季大學”的舉辦，使大家更清楚地認識到各自在編寫“動手做”繫列叢書中的角色和作用。
該叢書的目的是向讀者介紹一些基礎性的科學知識，它的產生過程大致如下：首先，由小學生提出問題和猜想，並在教師的帶領下做一些簡單的實驗；然後由學生做出判斷，得出答案；最後他們把自己的科學方法和步驟記錄在報告上。
與會的教師都有過這種經歷和感受：在遙遠的中學時代，那些日子平淡中略帶有不幸，那時幾乎沒有什麼科學教育，人們常常以為科學遙不可及……所有這些都使得他們中的許多人現在都沒有勇氣去“動手做”一些科學實驗，認為科學實驗難以成功，甚至有人認為科學與他們毫不相干。這些教師的感受也代表著其他教師的心聲。
每年舉辦的“秋季大學”著手從這兩個方面來消除教師們的偏見。在“秋季大學”的活動期間，主持人要推薦教師們的講義，並給它配上插圖；科學家們表演“動手做”遊戲。與會的教師往往會提出一些刁鑽的問題，這時科學家們不得不另闢蹊徑從科學原理上予以回答。於是科學家和教師之間便建立起一種默契。通過這些活動使教師們相信：科學活動和美一樣也是可以分享的，科學家和科學愛好者之間同樣也可以進行很好的思想交流。
“秋季大學”結束後，由科學家執筆，每人寫出各自專業領域的章節內容，其中包括一些教師和兒童很容易做成功的小實驗。每章寫完後由小學教師先讀，並對文字的可讀性和實驗的可操作性提出自己的建議。在這個階段，此類交流要反復進行多次，它是整個計劃中最富創意的探索。
本繫列叢書每年都以輕快的腳步向廣闊的科技領域邁進一步，將涉及科學各個領域。盡管這套叢書的讀者不隻是兒童，但我們希望它能對兒童的智力培養起到一些間接作用。因為兒童往往比成年人更具有探索精神，他們總有一連串的問題，我們也希望兒童在讀完這套叢書後能得到一些“為什麼”和“怎麼樣”的答案。
探索在繼續
在《科學的種子》第四冊中，七位科學家將邀請您共同探索他們研究領域內的一些主題。請您帶著好奇心，飽含探索的愉悅之情，動起手來做實驗，一同追尋科學的腳步吧！
船隻的航跡、湧潮、長浪、湧浪或是潮汐，它們都有一個共同點：呈現出水面上移動的波浪。馬克·拉博為我們講述了波浪的一生：從海面上悄無聲息地產生，到岸邊驚心動魄地消亡。
娜蒂尼·貝伊雷阿斯則通過追蹤細胞的變化，向我們揭示了器官是如何在胚胎中漸漸形成的。他告訴我們隻要選擇合適的實驗模型，就可以一窺活體內胚胎發育的奧秘。
讓路易·杜弗洛斯內則通過解釋地球大氣中的各種現像，幫助我們了解大氣的存在條件。其中還特別研究了雲的形成和令天空中雲朵能夠為肉眼所見的光現像。
當人類正在制造越來越多的廢物時，吉斯蘭·德·馬爾西裡為我們敲響了警鐘，提醒我們這股垃圾大潮與每個人都息息相關：廢物的數量和管理將取決於我們的個人行為和整個社會的集體決定。
從伽利略到愛因斯坦，從電梯間到銀河繫中心的宇宙黑洞，皮埃爾·比納特羅帶著我們進行了一次時間和空間的奇異旅行，揭開造成蘋果下落和影響宇宙的神秘力量——一萬有引力。
1870年，賽璐珞拉開了復合材料登場的序幕，開啟了由一種或數種構成的大分子的故事。從1930年開始，復合材料的使用日益廣泛。在經歷了石器時代和鐵器時代之後，我們人類是否已經進入了復合材料時代？貝爾納·席隆讓我們對這種無處不在的材料特性和用途有了進一步的了解。
生物是如何分類的，這個問題一直縈繞在我們的心頭，同時它也是我們認識生命體的基礎。紀約姆·勒古安特通過對林奈、達爾文和亨寧觀點的闡述，為我們重現了生物分類學發展的幾個重要時期，並展示了如何通過進化這個概念來理解動物之間的親緣關繫。其中，奈麗·巴卡拉、瑪莉一勞爾·伯奈、克利斯朵夫·勒費吳爾、埃裡克·尼古拉和安妮·皮沙旺還就小學三、四、五年級的生物分類教學為老師提供了若干可以開展的途徑。
通過這七個主題，我們的小讀者、科學教師，還有充滿好奇心的父母們會發現，隻要以通俗易懂的語言來表述，再輔之以簡單易行的實驗，科學並非像我們想像的那般晦澀難懂。
本書的作者也希望能夠對“做中學”項目的推廣作出貢獻。1996年，喬奈·沙巴克與法國科學院共同發起了“動手做”項目，旨在革新法國小學科學教育，激發兒童的創造力。該項目同時也得到了多位科學家的支持（如提供書籍、建立網站等）。2000年9月，在新學期伊始之際，小學正式開始推行科學教育革新計劃（面向小學三、四、五年級）。此外，在2002年入學時，法國教育部開始執行新的科學教育計劃：所有計劃均與“動手做’’項目密切相關。
為了讓改革獲得成效並最終取得成功，每項改革都需要自己的“改革實驗區”。“動手做”項目就是要讓實驗、建議、創造和交流的星星之火在未來點燃整個法國，激發人們無限的創新精神。法蘭西科學院和其工作小組傾其所能來支持和推動這項計劃。法國科學院和教育部步調一致，在過去數年中與眾多的合作伙伴，尤其是那些無私奉獻、淡泊名利的科學工作者們一道，完成了前幾冊《科學的種子》的撰寫。
目前“動手做”的教育理念已經跨出了國門。因為不論世界各國的經濟發展如何，怎樣使兒童和家長了解科學已成為一個世界性問題。在哥倫比亞、中國、埃及、摩洛哥、墨西哥、泰國、匈牙利、美國等都出現了“動手做”相關的實驗和研究。今後，這些國家必將進一步加強合作，促進彼此在各個層面（班級、學校甚至教師）間的交流。《科學的種子4》將以它樸實的面貌、獨特的思維在21世紀全球化的進程中留下自己的足跡。
出版部主任
2002年7月