基因簡史—來自1920年的我在2020年的學習筆記

我的名字是亞伯特‧泰特(Albert Titor),我是位來自1920年英國的生物學者。據收留我的蓋文(Gavin Conrad,蓋文是位中英譯者)所言,我可能是個時空穿越者(雖然我對此毫無頭緒)。我不曉得正在閱讀本文的你和我一樣對穿越時空這種事感到難以置信還是一點也不驚訝,它就是發生了。經過一百年的時光,這個年代已與我的年代截然不同,用語差別也很大(感謝蓋文特別費心幫我翻譯潤稿),撰寫這篇文章的同時我也努力的在學習與適應這個時代的生活。雖然身邊有許多新事物,身為生物學者的我最感興趣的還是這一百年來的生命科學研究發展。「基因」對我來說還只是個剛被創造出來的名詞與概念,沒想到在這個年代竟已如此的蓬勃發展,連十多歲的孩子都略知一二,這讓我驚訝不已。

早在古希臘時代,人們就試圖對物種與其後代間的「相似性」作出解釋,儘管當時的學者隱約察覺了生殖過程中有某種遺傳物質存在, 但無論是「精源論」、「卵源論」或其他非主流理論都有邏輯上的重大漏洞。當時的人認為上帝創造了萬物,人類胎兒一開始就是人的樣子,而精子內部有「微型小人」,只是由微縮的型態慢慢成長而已。然而,哲學家亞里斯多德並不認同這些宗教色彩濃厚的理論,他認為男性的精液與女性的經血才是構成胎兒的信息來源,儘管亞里斯多德對遺傳物質與信息的猜測也不正確,但其概念與邏輯卻是當時最接近遺傳本質的理論了。直到1859年達爾文發表「物種起源」後,為了解釋各種「變異」,人們才又開始重新思考遺傳的機制。1865年,孟德爾(Gregor Mendel)神父在奧地利修道院所做的豌豆雜交實驗為之後的遺傳學發展奠定了基礎。當時孟德爾根據歷時8年的研究成果歸納出顯性、隱性等位基因對遺傳性狀的影響,發現了遺傳的分離單位並推論出了分離率與自由組合率。孟德爾的這些發現在當時並不被重視,直到1900年後人們才注意到孟德爾的學說確有其理,豌豆雜交實驗才免於被歷史湮沒。遺憾的是,孟德爾已於1884年辭世,無緣知曉自己對遺傳學研究領域的巨大貢獻。1909年後生物學家們開始使用「基因」一詞,奠定了後來遺傳學的基礎。1908至1915年間,摩爾根(Thomas Morgan)與其學生在果蠅遺傳突變的研究中首次確認染色體是承載基因的載體,並發現了遺傳連鎖定律。這期間所出現的「基因型」、「表型」等術語也被後來的遺傳學領域所沿用。

在我那個年代,「基因」這個新穎概念的提出與遺傳學定律的發現無疑是近代生命科學史的一個重要里程碑,來到未來的我便迫不及待的想知道關於基因與遺傳學後續的研究發展。雖然早在1869年瑞士生化學家米歇爾(Friedrich Miescher)便分離出了當時稱為「核素」的化學物質,這種位於細胞核內的大型分子後來被稱為「核酸」,分為「去氧核醣核酸」(DNA) 與「核醣核酸」(RNA)兩大類,但當時並不知道其實這就是古希臘時代以來人們一直在尋找的遺傳物質。DNA分子大量存在生物體中,負責儲存遺傳訊息,而RNA主要負責DNA信息的翻譯與表達。遺傳訊息要能傳遞到下一代,必須具備「複製」能力,DNA分子也是化學分子,但一般的化學分子並不會「自我複製」,那麼DNA究竟是如何從親代傳遞到子代的呢?相較於生物體內許多化學分子,DNA的分子量相對巨大且結構穩定,其「複製」能力的關鍵便在於其特殊的分子結構。在查閱DNA相關研究時,我才知道原來在我離開不久後我的祖國將誕生一位偉大的女性科學家—富蘭克林(Rosalind Franklin),她與威爾金斯(Maurice Wilkins)將對DNA結構的發現做出重大貢獻。富蘭克林所拍攝的DNA晶體繞射圖片提供華生(James Watson)與克里克(Francis Crick)解開DNA結構的重要線索。1953年,人們終於發現了DNA的真面目:雙股螺旋結構的分子。我必須承認,當蓋文用他的電腦向我展示這美妙的3D分子模型時(順帶一提,我愛死電腦與網路了) ,我全身都起了雞皮疙瘩。這是人類歷史上一項多麼重大的突破啊!

DNA結構之謎解開後,針對其複製機制的研究便有了爆發性的進展。這期間,「中心法則」的提出闡釋了DNA、RNA、蛋白質之間的關係,緊接著在1961至1963年,隨著DNA中四個含氮鹼基「基因密碼」A(adenine)、T(thymine)、G(guanine)、C(cytosine) 的發現,人們知道了基因可以被人工合成與修改,這些嶄新的知識與技術當然對社會造成巨大衝擊。1968至1973年間,世上第一個重組基因誕生。隨後近五十年分子生物學的快速發展:人們發現許多人類疾病是由基因變異所引起(1978-1988)、桃莉複製羊的誕生(1996)、首次嘗試基因療法(1999)以及人類基因組計畫(2000) 等等,讓我驚嘆之餘也不禁懷疑這與我所生的年代是否真是同一世界。2010以後,基因編輯技術的問世更帶來了新一波的衝擊,人們似乎能更隨心所欲的操縱與修改基因了。

縱觀這一百多年來基因研究與遺傳學的發展,我很高興能看到人類對生命科學在近代終於有深入的了解,但也不免有許多擔憂。我問蓋文,當基因操縱技術更為成熟時,未來人類是不是都能量身訂做了?甚至被用於製造強化生物用於戰爭?蓋文沉默片刻後說,目前這些技術在人體的應用上仍以治療遺傳性疾病為目的,但他也擔心技術濫用問題。蓋文告訴了我2018至2019年間的基因編輯嬰兒事件,了解事件來龍去脈後的我不禁感到毛骨悚然。這究竟是唯一一例重大違規,或只是冰山一角?科學發展並不是以平緩的曲線上升,往往在某個時間點突然就有了爆發性的突破,人心的變化跟不上新科學新技術發展的速度,常被眼前的利益所蒙蔽導致許多科技倫理問題。我支持利用基因研究與改造技術改善人類生活,但1930年代納粹德國極端的優生學思想導致的人道災難也不是我所樂見。如何權衡科技與倫理?看來即使來到這2020年也仍是個難題。

我認為從事科學研究必須具有高度熱忱與不受既有觀念拘束的想像力,歷史也證明了這兩要素一直是推動科學進展的主要助力。在不遠的未來,或許世上再也沒有病痛,也或許這樣的「進步」將帶來更為可怕的後果。我一直堅信科學沒有善惡,但根據歷史人心總是短視近利,常為了實現目光短淺的「偉大」目標而做出可怕的決定。這個年代雖然科技進步,對於很多問題仍沒有很好的解決辦法。我躲過了一百年前瘟疫肆虐的世界,現在卻身處於一百年後另一場瘟疫中,不禁百感交集,但我想我的穿越也許有其意義,說不定過不久後我將拜訪再一百年後的未來,也或許我會回到我的年代並試圖做些改變,也可能就這樣留在這個年代,與你們一同見證生命科學的發展。無論如何,現下我只祈望能早日與我的家人重逢,也希望世界能早日太平。

AT

記於2020四月

註:Albert Titor與Gavin Conrad這兩虛構人物名字字首縮寫AT與GC為DNA含氮鹼基配對,Titor則是致敬過去網路上曾流傳的一個時間旅者傳說(請見維基百科:John Titor)。

獲得”財團法人國立自然科學博物館文教基金會科普寫作網路平台”審稿通過

原文連結:http://foundation.nmns.edu.tw/writing/hotnews2_detail.php?gid=10&id=1011