Vocus 全文: https://vocus.cc/article/64cda3dffd89780001f6125c 前言 本书中文版译名看起来不怎麽吸引人，大概就跟国立自然历史博物馆的说明告示牌一样无 趣吧? 阅读前的我这麽想着。趁着 Hami 特价99元购入，倒也不是什麽会心痛的大钱。结 果，我错了，这是本让人欲罢不能的科普书。作者尼尔苏宾 (Neil Shubin) 无疑是科普 书作者中说故事的佼佼者。我为了整理书中的丰富资讯，还动用了心智图，鲜少有书籍能 够获得如此待遇! 苏宾是芝加哥大学有机生物与结构学系的讲座教授，也是美国国家科学院院士。他除了是 两本畅销科普着作的作者，最着名的事蹟是在加拿大北部发现提塔利克鱼(Tiktaalik) 化 石。这种生於泥盆纪的古老鱼类在脊椎动物演化史上占了重要的地位 － 他是介於鱼类和 两生类之间的物种。 脊椎动物是如何从无脊椎动物分离出来? 鱼类又是如何登陆? 为什麽脊椎动物的胚胎在初 期如此相像，後期却发展成全然不同的物种? 这些谜题自达尔文 1859 年出版<物种起源> 後一直困扰者生物学家。尔後的100年，世界各地的古生物学家、生物学家、博物学家、 探险家、医生等受到<物种起源>的启发，致力寻找生物漫长演化史中的关键拼图，人类才 逐渐描绘出整个进化的进程：海鞘变成鱼，鱼又踏上陆地，而後蜕变成驰骋在草原上的马 、翱翔於天际的鹰，以及目前主宰地球的现代智人，一切听起来充满着不可思议。 达尔文没有说清楚的「功能性改变」 <物种起源> 的发表震惊科学界及罗马教廷。达尔文提出「天择说」说明具有某种特徵的 物种得以适应环境而生存，但他无法解释同物种个体间的差异来源，为什麽只有特定物种 会发展出功能性结构而得以生存? 其中被达尔文视为最具威胁性的天择论反对者为圣乔治 米瓦特 (St. George J. Mivart) 认为天择说未能解释功能性的结构怎麽来的，他认为物 种得以生存非单一特徵决定，而是全身性的特徵改变。 <物种起源>初版出版的五年後，持续研究的达尔文提出新的见解反击米瓦特 "许多人感到 困惑的显然是天择无法解释功能性的结构一开始是怎麽出现的。这个题目，与特徵的逐渐 改变 (通常伴随着功能性的改变)关系极为密切。" 好一个「功能性的改变」，米瓦特如哑巴吃黄连，无力再反击。 但什麽是「功能性的改变」? 那不就表示原来已有的某个生物特徵在逐渐改变的同时功能 也一同改变了，刚好误打误撞遇上天择，运气好让个体而活下来? 这一切得回到鱼类的研 究说起。早在 1798年拿破仑征服埃及的随队科学家就发现尼罗河有种会水面呼吸的鱼， 经解剖发现这种鱼的食道竟分叉出气囊，还连结到头顶的呼吸孔。数十年之後，奥地利探 险队在亚马逊河流域发现美洲肺鱼 -- 一种可同时用腮和类似肺脏的器官呼吸。20世纪初 身兼纽约大都会博物馆和自然历史博物馆馆长迪恩 (Bashford Dean) 比较鱼类胚胎，他 发现鱼膘和肺脏是同源的，都是由肠管长出来，也都会形成气囊。这不是就在说鱼类登陆 的呼吸器官「肺脏」早就存在在鱼类的身体中，只是在水中这种「类肺脏」，最初是用来 调整中性浮力或协助在缺氧的环境呼吸。这种物种的变化没有牵涉到「新器官」的出现， 而是旧有的器官发生转变，就如同达尔文的回覆：功能性的改变。 羽毛是为了帮助鸟类飞行、肺脏是为了让鱼类在陆地生活而出现，看起来合乎逻辑，实为 谬论。事实是鸟类先有了羽毛，後来羽毛帮助飞行；鱼类先有了肺脏，然後才能在陆地生 活。 胚胎研究、我们与海鞘的距离? 生物演化的过程中，最让人头痛的几个问题不出下列这几个：单细胞如何变多细胞生物? 无脊椎动物如何变成脊椎动物? 水生动物如何登陆陆地? 在过去分子生物学尚未问世的年 代，科学界一直试着不断透过观察和归纳寻找演化的蛛丝马迹。 海鞘，被认为是低等的无脊椎动物之一，我们熟知的藤壶即是海鞘纲的成员。成熟的海鞘 只能无趣的附着在石头或是船底过滤海水进食，但是鲜少人知道海鞘的幼年体长得和脊椎 动物非常的相似：一条沿着背部伸展的神经索、下方有承接中轴的柔软结构(相当於脊椎 动物的椎间盘)、头部有裂腮，脊椎动物祖先的特徵全部都出现在海鞘幼体上，这样的相 似度让科学家不寒而栗，无脊椎动物和脊椎动物的差距可能不如我们想像的大。 又或许研究胚胎可以让人更清楚各种不同的动物是如何演化出来的? 早在18世纪末就有科 学家提出胚胎内部已具有各种器官，在子宫的时间不过是用来让器官长大，後来这样的学 说在20世纪初被推翻，科学家发现脊椎动物的胚胎长的异常的相似，将一两周大的人类胚 胎和蝾螈胚胎、鱼胚胎混在一起，很难分出是哪个物种，更别说看得出内含在胚胎的器官 。 德国的贵族生物学家克里斯蒂安潘德尔（Christian Pander）透过观察鸡胚胎，发现胚胎 发育中期会分化成三层组织，最外层发展为皮肤神经系统，中间层变成肌肉骨骼，最内层 则是形成内脏和消化道。这样子的描述大体上正确，但是胚胎的三层组织细胞不是不会互 相在不同的组织层移动，哈佛天才生物学家茱莉亚普拉特（Julia B. Platt）发明细胞标 记法，发现各层的细胞会移动到其他层，例如牙齿的象牙质是由外层向内移动到中间层而 成，但是普拉特身为女性科学家，在20世纪相对保守的年代不被学术界所接受，最後黯然 离开她最喜欢的生物学实验室，然而她的发现却是脊椎动物有别於非脊椎动物的特别之处 。 分子生物学的一小步，是人类了解演化的一大步 由於脊椎动物的胚胎非常类似，科学家认为改变胚胎发展的历程就可以创造不同生物?要 验证这想法是否正确，仰赖DNA、基因图谱和分子生物学的研究。 在DNA、基因和遗传学之间的关系明朗之前，诺贝尔化学奖得主鲍林（Linus Pauling）和 祖克康德（Emile Zuckerkandl）率先提出若比较两生物间蛋白质的的差异越大，则代表他们从共同祖先分道 扬镳的时间越长，藉由计算蛋白质序列的差异可以推测共同祖先的年代，这个「分子生物 钟」的概念过於新颖，受到当时的古生物学界和生物学界耻笑。 20世纪中後期柏克莱大学的艾伦威尔森（Allan Wilson）教授和学生玛莉金恩 (Marie-Claire King) 以DNA电泳实验证实黑猩猩的 DNA 相似度达 90% (後续更精 确的实验证实高达95%相同)，是什麽决定性因素让胚胎发展成黑猩猩或人类在当时仍然未 知。 汤玛斯摩根（Thomas H. Morgan)於1930年代引领的果蝇研究风潮，後继的科学家发现虽 然单一果蝇每个细胞都含有一样的基因，但是在发展成成虫的阶段中不同体节活跃的基因 片段不一样，这些活跃的基因片段决定了胸部的体节该长出翅膀，而头部的体节该长出触 角和复眼。 1990年代在美国登高一呼後，全世界共同投入大量人力物力到人类基因组计划 (Human Genome Project)。人类基因组计划发现人类的DNA中只有2%带有蛋白质资讯，剩下98%没 有任何基因，（後续研究证实这些看似无用的DNA片段隐藏的基因的开关按钮）。科学家 又将线虫、果蝇、小鼠作基因定序，发现这些生物带有的基因数量和人类差不多，都是约 2万个。这个结果大大的震惊生物学界，看来基因数量并不是决定生物是否高等的变因。 回头对照威尔森、果蝇实验和人类基因组计画的结果，这麽说起来人类和黑猩猩的差异不 在於基因和蛋白质上，可能是在於发育过程中控制基因和蛋白质发挥关键功能的开关上。 只要能控制调控基因活性的开关，就能以无数的方式创造新的演化。 DNA和你想的不一样 20世纪持续的DNA研究结果让人跌破眼镜。日裔美籍科学家大野乾（Susumu Ohno)发现带 有蛋白质讯息的基因片段会一直重复出现，生物演化的过程中不断地Carl+V贴上同样序列 的DNA片段在染色体中。人类的基因已经比想像中的还少了，结果出乎意料又有2/3是重复 的片段。 芭芭拉麦克林托克（Barbara McClintock）被称为玉米田内的先知，和潘德尔一样同为20 世纪的杰出女性科学家但不被业界所容。麦克林托克被迫放弃动物遗传学转到玉米田内研 究植物遗传学，她发现基因并不稳定，可以在染色体的断裂点之间跳来跳去，这个发现不 只让她得到诺贝尔生医奖，也解释了演化有更多可能性。 既然基因可以自我复制并在染色体不稳定的断裂点插入，那细菌和病毒的基因也有可能插 入宿主的染色体中。书中提到两个有趣的例子：蜕膜基质细胞（一种孕期出现在子宫内膜 的特化细胞）和Arc控制神经元生成的基因，透过DNA定序被怀疑可能是几千万年前类似爱 滋病的病毒遗留在人类远祖身上的痕迹，最新基因定序的结果，人类约有8%的基因来自死 亡或灭绝的病毒。自私的基因其终极目标就是延续物种的生存，因此外来基因能够提高物 种生存的机率，那何不留着好好利用呢？於是我们都成了希腊神话的异兽奇美拉—是脊椎 动物远祖和细菌病毒和嵌合而成的产物。 阅读心得 科普书的心得非常难写，因为内容大多为已被认定之客观事实，不太会有表达论述的空间 ，因此写着写着好像变成导读了，因此从这篇开始考虑将往後科普书的「心得」通通改为 「导读」。 过去高中时期我虽然念三类组，对於基本的生物学、基因工程等都有基本概念。学士和博 士班最终选择了完全脱离生物的二类组，结果阴错阳差之下，博士班最後一年老板想拓展 研究领域开始接触到电浆医学（plasma medical），毕业回台後开始对高中时完全没兴趣 的植物产生浓厚兴趣，隔了3年在健检时又和子宫疾病擦身而过，於是开始大量阅读医学 、基因、生物学相关的科普书，兜了一圈再次遇到生物学，只是这次生物学的知识感觉不 像念高中时那样无趣、难以记忆背诵，徜徉在生物医学科普阅读之中，甚至让我想起小时 候曾经有过当博物学家的梦想。 回到关於演化最初、最迷人的问题：脊椎动物是如何从无脊椎动物分离出来? 鱼类又是如 何登陆? 科学界仍然众说纷纭，演化的模糊轮廓在过去的2个世纪已经慢慢勾勒出来，但 细节仍有许多未解之谜。但生物的演化之路并非随机漫步，受基因调控，变化皆有脉络可 循。哈佛知名的演化生物学者古尔德（Stephen J. Gould）说：即使整个演化流程重新来 过，该出现的特徵还是会出现。 我很喜欢苏宾在本书通盘性地叙述古生物学和分子生物学近200年的进展，在使用心智图 将重要的理论节点和时序标示出来後，可以看到人类史上重要的生物研究是如何发展，基 因学始於华生和克利克解读出DNA分子结构，如同量子力学始於薛丁格写下着名的波动方 程式。DNA跨越时空联系着我们和我们古老的先祖，十万年後的人类身上又留有多少我们 这代智人的血与肉呢？不禁令人好奇与遐想。 欢迎来我家坐坐，一起读好书：https://vocus.cc/user/@yvonne2930 --

※ 发信站: 批踢踢实业坊(ptt.cc), 来自: 114.25.26.90 (台湾) ※ 文章网址: https://webptt.com/cn.aspx?n=bbs/book/M.1691506334.A.1F6.html ※ 编辑: happyennovy (114.25.26.90 台湾), 08/08/2023 22:58:41