生生不息的科學（下）：胚胎學研究

重返侏羅紀公園

許家偉

這部電影是按同名科幻小說拍攝的，原著「侏羅紀公園」作者正是鼎鼎大名的米高克萊頓。由於擁有生命科學背景的相關知識，因此他的科幻小說都帶有真實色彩，更增添了吸引力及說服力。

以恐龍為題材的西方電影不勝枚舉，最早的應該是1912年的卡通片Gertie the Dinosaur；但次年（1913）的In Prehistoric Days才是正式的膠卷電影。這兩部電影當然都是黑白片囉！不過，說坦白的，最令人震撼及難忘的恐龍電影，就非史帝芬史匹伯的「侏羅紀公園」（Jurassic Park, 1993）莫屬。

這部電影是按同名科幻小說拍攝的，原著作者正是鼎鼎大名的米高‧克萊頓（Michael Crichton），同時他也是美國知名的電視連續劇「急診室的春天」（ER）的編劇。米高‧克萊頓大學畢業後原本已經考入醫學院，但是因為他喜愛寫小說，而且成名後賺的錢更多，所以乾脆就輟學不唸了。由於擁有生命科學背景的相關知識，因此他的科幻小說多半帶有真實色彩，更增添了吸引力及說服力。

如何製造恐龍

米高克萊頓的「侏羅紀公園」中，最引人入勝的就是他如何製造出恐龍，但這倒不如說他是如何「選殖」（clone）出恐龍還更貼切。筆者讀原著小說（英文原版及中譯版）時發現，小說寫得比電影拍的更精彩，許多細節也交代得比較詳細─史帝芬史匹拍的電影中，只用幾分鐘的卡通片解釋如何從古生物材料中選殖出恐龍來，很多人可能都似懂非懂，因此就讓我們先來看看米高克萊頓的點子吧！

首先，所有的生命科學實驗都需要所謂的「開始材料」（starting material），但故事中的開始材料並非一般的恐龍化石，而是一隻被嵌在琥珀中、塵封數億年的蚊子。為什麼是蚊子呢？米高克萊頓的點子是要從叮過恐龍的蚊子中取出恐龍的血球，以目前對遠古恐龍的認知，牠們應該是爬蟲類的祖先之一，所以牠們的血球中都有細胞核；而有細胞核，就有最重要的材料─恐龍的DNA！之後，就利用目前「人類基因組計畫」（Human Genome Project, 簡稱HGP）中廣泛應用的DNA序列解讀程序，把恐龍的DNA序列解讀出來。由於人類染色體中的DNA就是用這種方法解讀的，所以「理論上」米高克萊頓的點子似乎真的可以選殖出恐龍。

真的可以嗎？

電影拍出來了，技術層面又可行，那麼現實世界中是否真能按照米高克萊頓的點子，選殖出各式各樣的恐龍來成立「侏羅紀公園」，開放供大眾參觀大賺門票收入呢？─1993年第一集電影公演時，不少國內、外媒體就大肆炒作過這個話題了，而事隔多年，答案恐怕還是─不可能！原因主要有四：

（一）開始材料

「侏羅紀公園」的開始材料是一隻嵌在琥珀中的蚊子，而琥珀這種樹膠物質也確實可以保存一些昆蟲達數十億年，但昆蟲體內的組織及其他物質還是會腐壞，因此蚊子體內的血球DNA保存了一億年，恐怕已被分解得支離破碎，只剩DNA片段，而非一般的完整DNA大分子。而沒有恰當、完整的DNA序列，是不可能重組出完整的恐龍基因組。另一方面，就算蚊子體內有血球，也不見得曾叮咬過恐龍，這一點電影及小說中都沒有交代。

（二）填補用的DNA

在選殖的過程中，米高克萊頓承認確實有無法將DNA片段連接的問題出現，所以就用兩棲類中的青蛙（原著中是用西非蛙）DNA來填補這些讀不出來的空隙。而此處的爭議就是：為什麼要用兩棲類的DNA？而這正是作者故意要讓故事延續下去的預謀策略。

由於「侏羅紀公園」中的恐龍都是雌性的，因此恐龍的數目全都在實驗室的掌握中。但兩棲類有一種「性別轉移」（gender transition）的特性，這是在只有單一性別的族群中，到了交配季節，少部分個體會有新的荷爾蒙及行為產生，進而可以完全發展出另一個性別，來進行交配衍繁下一代的任務。而也就是因為這一點，使得「侏羅紀公園」裡的恐龍數目失控，變成災難片，而產生出第二集「失落的世界」（The Lost World, 1997）。

針對這一點，筆者要提出的是，雖然作者在原著或電影中都沒有提到用了多少或用了哪部分的「外來DNA」填補恐龍DNA的縫隙，但正確地說，就算有兩棲類的DNA混在恐龍DNA中，產生的恐龍個體也不見得會有兩棲類的生殖特性。更重要的是我們在看DNA時，不要只是把它看成一串英文字母的序列，而是要有三度空間的立體結構概念，這個整體結構對DNA的功能也很重要。將外來的DNA連接在一些DNA區域上，最終的恐龍DNA還能展現出應有的功能嗎？這是一大疑問。

（三）從DNA到細胞

好吧！就算一切都進行得相當順利，也得到了完整的DNA序列，但要如何讓DNA攜帶的訊息產生出恐龍個體呢？這一關非經過生殖細胞不可。可是電影中完全沒有交代這一點，而在原著小說中，則是用未受精的鱷魚卵細胞：把鱷魚卵細胞核中的DNA拿掉，換入恐龍的DNA，再用藥物誘導細胞進行細胞分裂，就大功告成了。

而這個步驟的問題，依然出在恐龍DNA的三度空間結構上，因為細胞分裂時，DNA是在染色體結構上移動的。而所謂的染色體，簡單來說就是DNA纏在組蛋白（histone）上，再相互纏繞而成的巨型分子結構，接著再由中間粒（centeromere）帶動染色體移動。所以，在體外重組而成的恐龍DNA注入卵細胞中，由於沒有恰當的巨分子結構，要自動或在藥物刺激下進行細胞分裂是不可能的。

再者，鱷魚卵中的細胞質因子是否適用於恐龍DNA，也只是一廂情願的推論，畢竟細胞分裂不單純只是DNA本身的問題，其中還牽涉到一大堆細胞質的問題。

（四）蛋殼

撇開選殖恐龍DNA技術上的問題不談，其實最無法突破的關鍵可能不是DNA分子生物學的部分，而是區區的那一層蛋殼！按照電影及原著小說所採用的方法，是以鱷魚或鴕鳥的蛋為模型，來代替恐龍蛋，但這又是另一個一廂情願的荒謬做法。因為目前並沒有完整的恐龍蛋樣本（只有化石），所以根本無法得知恐龍蛋殼本身及恐龍蛋中一些液體的成分（請不要小看這一層薄薄的蛋殼，生命的發育都在這一層蛋殼裡進行）；而光是雞、鴨、鱷魚及鴕鳥就有不同成分，更別提以鱺魚或鴕鳥蛋為模型「做出」恐龍蛋的殼，因此我們對恐龍的最後發育階段可說真的一無所知。

（五）兩個疑點

以上說明了選殖恐龍時「技術」上無法解決的部分。此外，還有二點也是不可能做到，而作者也沒有交代清楚的地方。首先是恐龍的性別，電影中是用荷爾蒙在發育過程中改變恐龍的性別，原著小說中則是用Ｘ光處理，使恐龍不育，再加上藥物的控制。但筆者以為，在對恐龍生理及發育都沒有任何生物實驗的例證之前，這些做法的成功率可以說是微乎其微的。

再者，「侏羅紀公園」中起碼有十五種不同的恐龍，有草食性的、肉食性的，還有會飛的，試問：從一隻蚊子中的一種恐龍DNA選殖，如何繁衍出十五種不同的恐龍品種？這一點連原著小說都沒有提到。

大家來找碴

幾年前台灣有個綜藝節目，其中有個「大家來找碴」的單元，要參加比賽的藝人在電影或電視片段中，找出不連戲或不合理的地方。其中在史帝芬史匹伯的這部電影中，至少被找到兩處。

第一個「碴」是蚊子的性別：在電影開始沒多久，就有人注意到這隻嵌在琥珀裡的蚊子，可是由於拍攝角度的問題，並無法得知這隻蚊子的性別；但是到了實驗室中的那一幕時，當研究人員利用電鑽鑽洞，然後用細管從蚊子的腹部抽取其內容物時，若是看錄影帶或影碟時，可以用定格暫停的方式，仔細觀察那隻蚊子的口器部分，牠的觸角（antennae，吸血用的口器兩旁伸出來的觸鬚）是羽毛狀的，但雌蚊的觸角是短而無羽的，所以這是一隻不會吸血的雄蚊。這下可好了！電影的道具組可要負起全部的責任了。試問：雄蚊的肚子裡哪來的血球可供實驗之用？牠們是不會去叮恐龍的呀！

第二個「碴」則在演員的對白上：請讀者記得，恐龍活躍的年代是1～2億年前，英文是hundred million year，但其中有好幾次演員只說了百萬million，這可是差了很多年喔！

恐龍的食量

在目前的恐龍研究上，有一個仍具爭議性的有趣問題：到底恐龍是內溫動物（像人一樣，無論外界的溫度如何變化，體溫都維持恆定）還是外溫動物（體溫隨著外界溫度的變化而改變）？這個問題的答案，除了會影響我們對恐龍生理及生活方式的認知外，也會影響「侏羅紀公園」的營運成本─到底養一隻暴龍要用多少肉？

大家還記不記得暴龍吃掉一名律師的那一幕（又一次體會到美國人有多恨律師）？那麼，到底一隻暴龍一年要吃掉多少名律師，才符合牠一年的新陳代謝率呢？好，就讓我們用簡單的加減乘除算一算：如果恐龍是內溫動物的話，按照生理學的公式計算，牠所需要的食物消耗比率（food consumption rate, 簡稱CR，即每單位時間所需要的食物能量）應該為：

10.96×體重

而一隻暴龍估計大約是一萬磅（大約4540公斤），所以一隻暴龍的CR大約是3979J／sce，單位換算成一年，則是1.25×1011J／year。嘩！這看起來是相當大的一個數字。而假設一名律師與一般食用動物一樣，其每公斤的能量值都是7×106J／kg；又假設律師的體重都相當標準（以西方男性為例），是150磅（大約68公斤）；再假設暴龍的消化吸收率與一般健康的肉食性動物相仿，為90％，則每名律師的能量值（energy value）為︰

68kg×（7×106J／kg）×0.9＝4.29×108J／律師

所以每年每隻暴龍所需的律師數為：

（1.25×1011J／year）÷（4.29×108J／律師）＝292名

若恐龍是外溫動物，則牠的CR計算則變成：

0.84×體重

再按照以上的數值重新計算一遍，可以算出每年只需要73名律師─足足可幫老闆省下四分之三的食物經費。想想看，如果你是「侏羅紀公園」的老闆，恐龍還是外溫動物養起來比較划算。

喚醒古代細菌

雖然說這部電影有很多情節是在現實世界中不可能做到的，可是由於它描述的是恐龍這類由真核細胞所組成的大型生物，因此遭遇到的問題自然相當多且複雜。但科學家還是用同樣的方法做了一些考古實驗，只是對象換成構造簡單很多的細菌。

科學家從琥珀中的蜜蜂身上，取出2000～4000萬年前的細菌孢子，結果成功培養出枯草桿菌（Bacillus）。這是由於孢子本身可保存細菌的遺傳物質，而當中的蛋白質又可以和DNA結合，而使DNA免於受到其他酵素或長年氧化的破壞，所以能保存至今；而細菌本身無性繁殖的特性，也易於在實驗室中殖繁，所以研究人員才能成功喚醒這些枯草桿菌，並且把結果發表在世界一流的期刊Science中。

好電影大家一起看

在談了「侏羅紀公園」中不合理的技術問題後，希望無損於這部好電影在讀者心目中的地位，筆者只是希望在觀賞好電影的同時，能有更多討論想像的空間。此外，這部電影同時也點出生命科學中的演化觀念：Life finds its way（生命會找出它的路）。

重返侏羅紀公園

許家偉

這部電影是按同名科幻小說拍攝的，原著「侏羅紀公園」作者正是鼎鼎大名的米高克萊頓。由於擁有生命科學背景的相關知識，因此他的科幻小說都帶有真實色彩，更增添了吸引力及說服力。

以恐龍為題材的西方電影不勝枚舉，最早的應該是1912年的卡通片Gertie the Dinosaur；但次年（1913）的In Prehistoric Days才是正式的膠卷電影。這兩部電影當然都是黑白片囉！不過，說坦白的，最令人震撼及難忘的恐龍電影，就非史帝芬史匹伯的「侏羅紀公園」（Jurassic Park, 1993）莫屬。

這部電影是按同名科幻小說拍攝的，原著作者...

目錄
主編序
生殖細胞 – 精子與卵
1. 解析人類精子 梁建平
2. 幹細胞變精子 古宏海
3. 精子的祕密生命 林秀玉
4. 小精子大軍團 程樹德
5. 從亞當夏娃談幹細胞 蔡政憲、劉玉
6. 胚胎幹細胞與生殖細胞 陳信孚
7. 調控婦女排卵的費洛蒙 周延鑫
8. 談代理孕母的迷思 陳章波
複製的省思
9. 冷凍人與複製人的大騙局 江晃榮
10. 透視轉殖與複製 古宏海
11. 創造者現身說明桃莉羊的誕生—評《我創造了桃莉！》 羅時成
12. 誰了解生殖和複製？ 林基興
13. 後桃莉羊時代的憧憬與省思 武光東
14. 回望複製，放眼未來！ 鄭登貴
15. 重返侏羅紀公園 許家偉
16. 當複製人成為一種可能 許家偉
17. 試管嬰兒25歲囉 林基興
生殖的研究
18. 分子層次的性革命 蔡耀明
19. 孤雌生殖與人類胚胎 江建勳
20. 生男生女講究多 程樹德
21. 選配偶？基因定！ 程樹德
22. 當莎莉遇上哈利 賴郁婷
23. 天才工廠（一）：人工受精與優生學 潘震澤
24. 天才工廠（二）：葛萊姆與精子銀行 潘震澤
25. 揭開斷背山的科學密碼 許家偉
26. 誰決定科學不可逾越的邊界？ 胡湘玲

目錄
主編序
生殖細胞 – 精子與卵
1. 解析人類精子 梁建平
2. 幹細胞變精子 古宏海
3. 精子的祕密生命 林秀玉
4. 小精子大軍團 程樹德
5. 從亞當夏娃談幹細胞 蔡政憲、劉玉
6. 胚胎幹細胞與生殖細胞 陳信孚
7. 調控婦女排卵的費洛蒙 周延鑫
8. 談代理孕母的迷思 陳章波
複製的省思
9. 冷凍人與複製人的大騙局 江晃榮
10. 透視轉殖與複製 古宏海
11. 創造者現身說明桃莉羊的誕生—評《我創造了桃莉！》 羅時成
12. 誰了解生殖和複製？ 林基興
13. 後桃莉羊時代...