《我們身體裡的生命演化史》:對基因而言,如果能夠複製與剽竊,為何要從無到有打造呢?

  发布时间:2024-05-17 12:58:30   作者:玩站小弟   我要评论
文:尼爾・蘇賓Neil Shubin)基因的音樂史帝夫.賈伯斯Steve Jobs)說過:「畢卡索曾說——好的藝術家複製,偉大的藝術家剽竊。我們蘋果公司)對於剽竊偉大概念這件事從不感到羞愧。」對藝術和 。

文:尼爾・蘇賓(Neil Shubin)

基因的們身命演音樂

史帝夫.賈伯斯(Steve Jobs)說過:「畢卡索曾說——好的藝術家複製,偉大的體裡藝術家剽竊。我們(蘋果公司)對於剽竊偉大概念這件事從不感到羞愧。生對基」對藝術和科技來說如此,化史何從 對基因而言也是因而言果與剽有打。如果能夠複製與剽竊,複製為何要從無到有打造出來呢?

在賈伯斯說這句話的竊為數十年前,有一位沉靜且幾乎都是們身命演獨自進行研究的科學家大野乾(Susumu Ohno,1928~2000)把這句話應用在遺傳學上。體裡他當時任職於美國加州的生對基希望城國家癌症醫學中心(City of Hope),興趣是化史何從把蛋白質的結構轉譯成由小提琴和鋼琴演奏的曲目。他知道蛋白質由一串胺基酸所組成,因而言果與剽有打便把每種胺基酸當成不同音符。複製對他來說,竊為這樣轉譯出來的們身命演音樂會引發神祕又深刻的共鳴。引起惡性癌症的蛋白質轉譯出來的音樂,他聽起來就像是蕭邦的送葬進行曲;從幫助身體代謝糖分的蛋白質胺基酸序列做出的曲子,在他耳內有如搖籃曲。大野乾在基因與蛋白質中不只發現到輓歌與旋律,還發現到對於生物創新的新看法。

大野出生成長於日本占領時期的韓國,他從很小的時候開始就有幸接受教育、學習知識。他說自己的研究生涯,來自童年時期對於馬匹的喜好。一整個週末都在騎馬,讓他得到「如果馬本身跑不快,你能用的辦法不多」的見解。對於大野來說, 瞭解馬匹不同之處的關鍵,在於瞭解讓馬匹跑得快或跑得慢、比較壯或比較弱、比較大或比較小的基因。他先在日本研讀遺傳學,之後進入美國加州大學洛杉磯分校。他對摩根和布里奇斯的研究十分熟悉,他自己則是研究是否能從染色體的圖案中描述生物之間的相似與差異之處。

1960 年代,能夠採用的技術與數十年前布里奇斯所採用的相差不多。大野用化學藥品染色各種哺乳動物的細胞,好讓染色體的條紋顯現出來。他拍攝染色體照片,把照片中的染色體剪下,在桌子上擺開。面對眼前剪下的染色體照片,他可以研究各種動物之間的染色體有何不同。這個低科技又聰明的方法,讓人瞭解到造成物種不同的遺傳改變。

大野開始比較各種哺乳動物的染色體,從嬌小的鼩鼱到長頸鹿。他從動物園或是其他地方得到了動物細胞後,首先觀察到各種動物所具有的染色體數量差異很大——奧瑞岡田鼠(Microtus oregoni)只有十七對染色體,黑犀牛則高達八十四對。

大野接著做了一件漂亮的事,這件事之所以漂亮在於簡單卻深具意義。他把那些剪下來的照片染色體拿去秤重,因為他認為這些剪下來染色體的重量,相近於動物細胞中遺傳物質的總量。不過,他實際上秤量的並非染色體本身,而是剪下來的染色體照片,但是這種相對重量仍然是有意義的。為了讓這種意義存在,大野非常仔細地把照片中的染色體剪下來。

在秤了奧瑞岡田鼠(Microtus oregoni)的十七對染色體和黑犀牛的八十四對染色體後,他發現各種動物的染色體總量幾乎是相同的。事實上,從大象到鼩鼱,不同哺乳動物剪下來的染色體照片重量是相同的。因此大野認為,染色體相片重量相同,代表了不同哺乳動物染色體重量相同。雖然物種不同,染色體數量也不同,但是這種相似性卻是不變的。

大野把這種比較拓展到其他生物。兩生類或是魚類中不同的物種,遺傳物質的量也是相同的嗎?各種蠑螈看起來相似, 因此大野認為牠們的遺傳物質量應該也一樣,但在剪下染色體照片秤重之後,結果讓他大吃一驚:各種蠑螈構造上相似,但是細胞中DNA的含量卻變化很大;有些物種的DNA量是其他物種的五到十倍。在蛙類中也是這樣。除此之外,這兩種兩生類動物的遺傳物質量,都遠超過人類和其他哺乳動物。有些蠑螈和蛙類的遺傳物質量竟然是人類的二十五倍。

大野靠著這些剪下來的照片,發現了數十年後耗資數十億美元的基因組計畫才確認的事情。動物構造的複雜程度和彼此之間的差異,與細胞中所具備的遺傳物質量並沒有關聯。看起來相似的蠑螈,其中一種的遺傳物質量是另一種的十倍,而那些多出來的遺傳物質似乎和兩者之間結構上可見的差異無關。大野認為,蠑螈和其他物種的基因組中,充滿了許多無意義的DNA片段,用他的話來說,這些DNA是「垃圾」。

大野還注意到,擁有最大基因組的蠑螈,牠體內染色體上的條紋圖案很奇怪:整個看起來就像是由相同的條紋排列圖形重複連接而成。他認為蠑螈和蛙類體內多出來的DNA,來自基因複製的結果,就像是基因組中某些區域不斷複製。之所以會有「垃圾」的存在,就是複製過頭的結果。大野認為,這種狂亂的複製是在生命史中重大轉變出現的一個成因。他就如同優秀的偵探,想要瞭解複製的過程,以及對於演化史造成的影響。

大野知道,細胞分裂時染色體也會複製,有的時候複製會出錯。摩根的果蠅房團隊觀察過細胞分裂;他們利用染色體上的條紋,可以看到細胞中的染色體複製以及發生的錯誤種類。大部分的動物細胞中有兩組染色體,分別來自雙親。人類有二十三對染色體,每對中的一條染色體繼承自母親,另一條繼承自父親,讓我們總共有四十六條染色體。人類絕大多數的細胞中每種染色體有兩份,精子和卵子則各自只有一份。精子和卵子的產生過程中,DNA會複製讓染色體加倍,但是只有一組染色體會進入新形成的精子或卵子中。


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