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2018.11.29

Gene
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《基因諾亞方舟》:生物奧秘的未來之夢

蘋果出了史上最貴的iPhone XS Max,一支要價NT$52,900。可是,如果把一支智慧手機的所有化學元素都分開再賣給你,價錢還會這麼高嗎?蘋果公司出這價錢合理嗎?我們是不是該抵制一下這黑心的商業行為?

別急,如果把你身體分解成元素,不過也就主要是一堆碳、氮、磷、氧、氫等等的元素,加起來的價格又是多少?

製造一部蘋果手機並不是把一堆化學元素隨意混合而已,而是依一大堆零件的設計藍圖,在眾多工廠裡頭用精妙複雜的機器生產再組合起來。不管智慧手機多昂貴或多便宜,我們所買的,是用非常多資訊和知識製造組合,然後用軟韌體運行的高科技產品。

而要製造出一個像你我他一樣的人類驅體,也要有大量的設計藍圖,然後在各種細胞和發育的作用下,長成我們現在這個樣子,並按照類似軟韌體邏輯的運作藍圖來控制日常的生理、生化運行,這些生命藍圖編碼了奈米小機器人的資訊。我們人類正常來說,大概有兩萬多個這樣的藍圖,它們就是我們的基因,奈米小機器人就是蛋白質。

每個物種,都有一個獨特的藍圖庫,就是基因體。不同物種之間,有許多基本藍圖頗相似,也有不少藍圖內容不太一樣,甚至有新的藍圖,或者份數不同。其中一些動植物種,經過人類上千年甚至上萬的選拔,不同品系間的藍圖庫也有差異,其中好些藍圖有了新的資訊,造就出多樣的品種。

這些多姿多彩的藍圖庫,無論是改進人類食物食材的生產效率和品質上,或是提供天然的藥物上,都有著舉足輕重的影響。不過很不幸的,在氣候變遷下,或者資本主義講求的極致效率下,很多野生的藍圖庫也好,人工培育出的藍圖庫也好,都面臨著滅頂之災。而這部紀錄片《基因諾亞方舟》,談的就是演化生物學家、遺傳學家、動物學家、植物學家、微生物學家、農學家、生物物理學家、細胞生物學家、生化學家、病理學家、流行病學家等等⋯⋯合力為守護地球上繽紛多彩的生命歷經試煉一路演化來的藍圖庫而作出的努力。

我們人類其實是種子控,不信你數數今天吃了多少種子:米飯、麵條、麵餅、麵包、豆製品等等,全都是用植物的種子做的。這些糧食多樣性的喪失,讓農作物曝露在疾病、氣候變遷等危脅中。蘇聯在納粹德軍圍城時,守護多樣種子庫的科學家,坐視滿室的食物仍寧可餓死,真是令人不勝唏噓和感動。

基因諾亞方舟》的開頭,帶我們到挪威只有兩千多住戶的斯瓦巴群島(Svalbard)。為了延續我們糧食的未來,科學家在那蓋了一個全球最大的種子庫——斯瓦爾巴全球種子庫(Svalbard globale frøhvelv),利用極地天然的寒氣保存了來自全球兩百多個國家的各種作物種子,最多可以容納廿二億顆種子,現今已收藏超過一百萬份種子樣本。

生命的多樣性也取決於個體擁有多樣的組織器官。保存在細胞核的DNA存有各種生命藍圖,但就像工程師施工時不需要把整本工程藍圖都搬到工地或工廠一樣,轉錄作用把DNA上的生命藍圖拷貝成一份信使RNA的藍圖副本再送到核醣體去製造蛋白質,就像工程師影印奈米機器人製造藍圖副本到工廠施工,工作完成後就銷毀副本資源回收。透過窺視細胞中有哪些和有多少藍圖副本,我們能夠猜測生命的運作。

基因諾亞方舟》同時也介紹德國野生生物的細胞銀行,用液態氮的超低溫保存各種生物組織,為我們凍結了不同物種的不同組織的藍圖副本。而在南台灣,屏東高樹鄉的辜嚴倬雲植物保種中心,植物學家也把植物的各部分小心剪下裝入小試管瓶中,再放入裝滿液態氮的大型鐵桶中,為後世子孫保存各種植物的生命運作秘密。這個自然科學博物館、國立清華大學及保種中心合作向科技部申請的「冷凍保種計畫」,目標是要在三年內完成三萬種植物的液態氮保存計畫,每個物種至少八份組織樣本,完成後將是世界最具規模的蒐藏庫。

過去要定序一個人類的生命藍圖,也就是人類基因體,耗費了幾百億美元,還有三千多位科學家十幾年的寶貴時間。拜DNA定序成本比IT產業的晶片成本下降速度更快許多所賜,如今定序你我的基因體,費用快要比iPhone XS Max還便宜了!於是中國野心勃勃的華大基因BGI,單單一家機構,正以佔全球定序總量六成的大規模,日夜不停機地要為上萬種脊椎動物的基因體定序。

但我們也別忘了,除了物種和作物品系的多樣性,你我也都是獨一無二的,即使是同卵雙胞胎也有表觀遺傳的差異,就像同一本教科書被不同學生劃的重點有差一樣,不同的後天環境會在相同的DNA上做出不同的標記。為了保存和研究個體間的遺傳異同,影片訪問中國、英國和奧地利的生物資料庫或基因銀行,這些基因資料庫或許有一天能幫助我們破解疾病和藥物代謝差異的遺傳因素。臺灣人體生物資料庫也基於臺灣獨特的生活型態和致病因素而成立,為生物醫學研究蒐集龐大的生物檢體與健康資訊,迄今已收集超過九萬人的樣本。而在不久的未來,科學家甚至可能試圖用基因體編輯的技術來修正我們的生命藍圖以治療疾病,或者改造人類,甚至把已滅絕的生物復活,我們將進入一個很科幻但實際上不再科幻的世界!

來自馬來西亞,現居風城,任教於國立清華大學分子與細胞生物研究所暨生命科學系。興趣廣泛的演化生物學家,教學研究工作之餘,嗜好讀書、看戲、寫作、旅行、騎車、踏青、逗貓、禪修。

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