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一粒細胞見世界

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bws151

歡迎跟隨作者的腳步,進入意象豐富的細胞世界暢遊。

所有的疾病,都是因為細胞出錯惹的禍。所以研究細胞,不僅為各種疾病的治療找到生機,也是解開生命奧祕的關鍵。

本書作者帶領大家走一趟細胞之旅,蒞臨細胞研究的最前線,參觀細胞生物學、分子生物學、發育生物學的精彩成果,並碰觸各種熱門的生物醫學話題和科學新知。除了能見到細胞內的小世界,也能看到這個充滿生老病死、繽紛多彩的大世界。

程樹德導讀 從細胞透視生命本質

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。

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!

作者簡介

倫斯伯格 (Boyce Rensberger)

資歷超過五十年的美國資深科學記者,曾任職《底特律自由報》、《紐約時報》、《華盛頓郵報》。畢生致力於科學知識的傳播,曾兩度獲頒美國科學促進會頂尖科學寫作獎,曾任麻省理工學院「奈特科學報導獎助計畫」主持人,主編過《華盛頓郵報》極富教育性的「地平線」月刊。著有《一粒細胞見世界》、《速成生物學》、《野生動物禮讚》、《世界如何運轉》等書。目前與妻子定居在馬里蘭鄉下。

本文由天下文化授權推薦

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