一粒細胞見世界

導讀　從細胞透視生命本質   程樹德
前言與誌謝　倫斯伯格    

第1章    一顆小生命
第2章    分子馬達
第3章    生命的躍動
第4章    假如細胞像客廳
第5章    基因如何運作
第6章    生命一分為二
第7章    當精子遇上卵子
第8章    造人計畫
第9章    能屈能伸的超級纖維
第10章    傷口救援行動
第11章    自我防衛靠免疫
第12章    癌症就像叛軍突起
第13章    生命不死

名詞注釋
延伸閱讀

 

導讀 

從細胞透視生命本質
程樹德

　　美國東北部的麻州像是一條巨型的抹香鯨，方方整整的頭和身軀向西插入內陸，剛好咬住紐約州的腰部，而細小的尾巴向北蹺起，仍留在大西洋中，承受海洋之滋潤與肆虐。這條尾巴又像細長的手臂，它其實就是著名的「鱈角」半島。

　　半島的南北兩岸均是綿延的沙灘，但南岸尤為波平浪靜，是波士頓人在夏天避暑戲水的勝地，富人尤以擁有面海度假別墅為傲。甘迺迪家族在小港「海恩尼斯」（Hyannis）有個大莊園，老夫人常住於此，而在權力圈內打滾的諸兄弟，休假群聚此處時，便熱鬧滾滾、性事連連。

　　在鱈角半島底部，也就是手臂的胳肢窩處，是一個叫伍茲霍爾（Woods Hole）的寂靜漁港。一條小街緊逼著海岸，三、四間老式啤酒館排列在兩側，店外的風鈴叮叮噹噹隨風響著，小漁船從外海進內港時，小街中段的橋便掀了起來。在小街一端有一棟溫暖的小木屋，是間書店，店裡頭除了供應休閒書、旅遊書和文學書外，竟有許多生物、演化、地質和氣象之類的書籍，與大學校園內的書店相比，毫不遜色。小街另一端的左側有間小水族館，展示著幾十種當地的魚類，右側有條巷子，遊客一旦轉進去，會發現幾棟高大的建築，外牆有羅馬式的大石柱，小拱門入口處鏤刻著「莉莉紀念實驗室」或「洛布實驗室」。在這新世界的小漁村中，怎會有舊世界的藝術傳統和科學研究呢？

　　凡是對生物學歷史有一絲興趣的訪客，會發現這僅有一條小街的漁港，幾乎是細胞學的麥加聖地。十九世紀末葉，當實驗生物學勃興時，美國東北部的生物學家利用此處易於捕獲海洋生物之便，設立了暑期海洋實驗站，一面享受泛舟觀海之樂，同時也與三、五好友趁機一起做個構思已久的研究。到了二十世紀初，這「伍茲霍爾海洋生物研究所」已開始出現引人矚目的成果。

　　從德國移民到此的洛布（Jacques Loeb, 1859-1924），在1912年利用化學藥品刺激海膽的卵，使它不必受精，即進行分裂。這結果不但上了報紙的頭版，而且被新聞界誤報為「試管中製造生命」，甚至被比喻為「處女生子」之神蹟，讓很多未婚婦女不敢到海邊戲水，但也讓求子心切的夫婦趨之若鶩。

　　不久之後，一位天才橫逸的匈牙利人聖捷爾吉（Albert Szent-Györgyi, 1893-1986），被納粹趕到美國，就在伍茲霍爾落腳下來，他在1930年代即因發現維生素C，而獲諾貝爾生理醫學獎。這位自稱「酒神」型的實驗者，聲明自己沒有長期的研究計畫，今天想到什麼有趣的事，就做什麼，因之他雖然聲望崇高，卻經常申請不到研究經費。他在海洋生物研究所的多年中，對肌肉如何產生運動深感興趣，進而影響了同事，不少人用烏賊的巨大神經軸突，來研究胞內囊泡之移動以及神經脈衝的傳遞。

　　海洋生物研究所對科學另一重大貢獻，即是暑期舉辦的細胞生理學課程，凡是研究生或想改行的老手，都可在此接受深入的訓練，而授課者則是資深的細胞生物學家。在密集的授課、實驗和討論中，常激發出新的假設，也正是在這種合作又競爭的氣氛之中，細胞內多種管轄運動的分子，以及控制細胞分裂的「週期蛋白」陸續被發現，因而催生細胞學的黃金時代。

　　這項課程的籌劃者有個遠見，即開放一些學員名額給新聞記者及科學作家，讓這些文科人士也能浸潤在細胞學的趣味之中。在1987年，這項「陰謀」果然逮到《華盛頓郵報》記者倫斯伯格，他因之受到雙重的魔咒，不但愛上了細胞學，更與一位同班上課的細胞學研究生墜入情網。從1989年他就辛勤的為這份柏拉圖之愛而東奔西走，進行訪問、撰寫、拍照、思考，終於在六年後，把他「愛的結晶」呈現給讀者，就是您手中這本《一粒細胞見世界》。

　　就因作者不是職業科學家，所以反而較重視一般內行人習以為常的科學觀念，也較能透過刻意的說明，讓各種理解層次的讀者，都能一窺科學的堂奧，不論中學生、大學生或研究生，都能從本書的閱讀中受到啟發。

　　第一項基本體認：生命的機械觀

　　在現今細胞學豐富的歷史及文獻中，有三項基本體認最能讓作者興奮及深思，它們貫穿了各章節，指導了作者思考及敘述的方向。讓我在此提出來，為讀者解釋一番。

　　其一就是所謂「生命的機械觀」，也即認為：生命諸運作皆可由物理及化學原理來解釋，不需另想像一種神祕的「生命力」。雖然用機械運行來說明天文現象，很早即由笛卡兒提出，但植物的萌芽、開花與結果，動物的胚胎發育及運動覓食，似乎有一內在的「生機」、「生靈」或「靈魂」在主宰，因此從亞里斯多德以降，一直到十九世紀中葉，歐洲科學家仍然認為一個神祕的「生命力」劃分了生物與無生物。
但隨著實驗方法的進步，被歸因於神祕力量的現象，可以用自然的運作解釋，而其根本道理似乎也能用日漸精密的物理與化學來明瞭，造物者之心機與生命力的陰影也都被趕出了生命體。

　　作者在字裡行間，常情不自禁的表達對這項新體會的快樂，例如幾百萬個保存在液態氮桶的細胞，可以在無生命狀態下冰凍許多年，一旦解凍了，這些細胞又可攝食、爬行和繁殖了。這個例行的實驗步驟，如果用「生命力」之進出來榮耀之，似乎多此一舉。又例如細胞內囊泡交錯運行著，好似有無數小精靈很活躍的推動著，但當我們在試管中能用馬達分子、細胞骨架分子和供應能量的分子重現這「原生質」內神祕運動時，小精靈們也黯然失色了。

　　第二項基本體認：演化

　　第二項重要觀念即「演化」。如果複雜得像一座大型工廠的真核細胞，能夠由無生命現象的體液突然變化而生，那非得有「靈魂」介入不可，所幸十九世紀的魏修（Rudolf Virchow, 1821-1902）早就提出「新細胞是由既存細胞分裂而成」的觀念。既然細胞有其歷史與傳承，那麼「隨時而變，適應環境而變」的演化過程，也必伴隨著細胞，使地球上之細胞由簡單而複雜，由小而大，由單一細胞而聚集成數百億細胞的共和國。

　　倫斯伯格雖沒有闢專章談細胞的演化史，但在各章都用演化觀點來統合生命現象。例如他所描寫的細胞客廳中，有幾百條長香腸般的物體，它們表層膜下，又有第二層膜，彎彎曲曲的摺疊在此胞器中——這種稱為粒線體的胞器專門生產能量分子，但它雙層膜內居然有一圈DNA，也能自製蛋白質。而在植物細胞內的綠色大胞器葉綠體，更有層層疊疊的圓餅狀結構，它能逮住光子的能量而轉換成化學能，這葉綠體也有自用的DNA呢！

　　若能知道這兩個大胞器怎樣演化出現，也就能部分回答真核細胞怎樣演化的大問題。二十世紀初就有人主張：粒線體和葉綠體原本是小細菌，但因機緣而活在大細菌體內，然後逐漸改變而成。這種「內共生說」受一般學界嘲笑譏諷，直到1960、70年代由女科學家馬古利斯（Lynn Margulis, 1938-2011）傾全力提倡，方被多數人接受。
「內共生說」能將原核細胞及真核細胞間的鴻溝交通起來，使細胞的代代綿衍可以上推到約四十億年前，那時有機分子愈變愈複雜，終至組成有內外隔絕、能分裂繁殖、而且能傳遞過往智慧的原始細胞。

　　第三項基本體認：個體與群體利益之分際

　　第三項重要觀念是，雖然細胞的行為必須要用「演化」的眼光來剖析，才會發現其生存之意義，但多細胞生物的林林總總，要用「個體與群體利益之分際」觀點來看，方才能體會其妙處。作者確實多次觸及這個課題，例如癌症之產生就與細胞失去了外在控制有關。

　　單細胞生物能我行我素的活動及繁殖，但有著數百億細胞的大生物內，細胞就得有嚴格分工，因為有性生殖過程中，唯有生殖細胞（精子及卵）有機會傳衍下去，是最有生存利益的；而諸如紅血球細胞只能循環周身，傳送氧及排出二氧化碳；肌肉只能收縮及放鬆；神經細胞只能傳遞信息。它們都不能繁衍到下一代，何以它們不造反，不爭著做生殖細胞呢？

　　細胞的共和國內怎樣解決這樣的爭端呢？細胞既聚合成群體，就得放棄其生存「主權」，而以群體之利益為依歸。當群體需其繁殖時，就進行分裂，例如皮膚細胞分裂以修補傷口，而當群體需其犧牲時，細胞就進行「有計畫性的死亡」，例如指間的胚胎細胞和某些免疫系統的細胞。

　　細胞怎樣分工、怎樣協調，當是多細胞生物所以能演化出現，首需具備的「遺傳智慧」，也唯有用這角度觀察，癌症的反叛本性才能夠清楚顯現。正常的細胞受了突變，不再理睬外來的信號，只顧利己的生殖，這即走上了腫瘤愈來愈惡化之途，最後把整個群體完全搞垮，癌細胞也無法獨存。個體與群體之利益衝突及其協調，下至基因階層，上至人類社會之大群體，都不斷進行中，作者對此頗有發揮。

　　「生命的機械觀」、「演化」及「個體與群體之利益」這三項觀念是倫斯伯格從細胞學知識中，萃取出來的哲思，以之運用到細胞運動、分裂、受精、免疫、癌症、小生物復活及遺傳疾病各專題，的確為正值黃金時期之細胞學，提供一最佳之介紹。讀者以本書為小說，可也，因它頗具趣味；以之為教科書，可也，因它有不少細節呢！