康呈生醫國際級基因實驗室設立於國立中興大學,採用世界最新美國臨床最新進核酸分子診斷技術,結合產官學研領域,康呈基因~基因保健第一品牌!
News

生命的形變:長頸但看基因

變是世事之常,演化卻有一定道理。漸變、巨變、共祖和種化,在我們四周層出不窮。
生命多樣,文化多元,唯有尊重,才是真理。


從台北101大樓旁的信義路開車往東行,很快就上了通往木柵和深坑的信義快速道路,把方向盤稍微轉右,輕輕踏一下油門,準備進入穿山的兩條長隧道。就在進隧道前彎道的那一瞬間,我由駕駛座看上方的後照鏡,捕捉到鏡裡反映的101大樓影像。它聳立在城市眾多小高樓(小巫見大巫)之間,直逼雲霄,在陽光下散發著泛青又淡藍的光芒。周圍的樓群與它相較,小雖小,但建築的風貌和設計的爭妍鬥豔,襯托出那地區繁榮的商業景象。40年前,那裡荒郊野地,人煙稀少,只有清明時節,附近山區墳地才出現掃墓的人。如今,高樓林立,人潮洶湧。誰還會記得昔日的荒涼?


真是此一時,彼一時也!土地的地態變了,人們在此生活的型態也天差地遠。才不到半個世紀,為了適應全球經濟競爭的壓力,在這太平洋一隅的一座小島上,竟會搭建出一棟傲視全球的高樓,成為當代經濟文明的地標。這101層樓,每一層都是實實在在的一層,具體且層次分明,若要增高,必須由建物頂端往上疊加。101大樓和鄰近城市樓房建築的聚落,反映的不但是滄海桑田以及田去樓來的土地變遷,更勾畫出人類社會演化所造成的生活文化變革的始末。


車子轉入隧道,後照鏡裡101影像也隨之消失。眼看高樓起,眼看高樓逝,我悚然一驚,人類101的實體運作還會維持多久?網路的高聯結性和高便利性,已經在改變人們的購物行為;坐在電腦前,動一動滑鼠,上網、挑貨、比價、下單、付款,等宅急便按時送到家,為什麼要去實體的百貨公司?


車子穿出文山隧道,繼續向前行,然後右彎迴旋一圈,再往深坑方向的閘口駛去,北邊山坡上的木柵焚化廠迎面而來。一大片鋼筋水泥,沒有窗戶,彷彿密不透風的工廠前方,豎立了一根大煙囪,如一柱擎天。有趣的是,為了減低人們對焚化廠的厭惡,更希望大家對這看起來乾巴巴的水泥建築感到親切,廠方在高高的煙囪表面畫了一隻長頸鹿的頭和臉,以及牠長長的頸子。遠遠望去,那長頸鹿正開心的傻笑,而長頸的顏色栩栩如生,確實能引起好感。


這一段行車,車程很短,但入隧道之前的101高樓,和出隧道之後的長頸鹿煙囪,卻點出了生命因演化而產生的形體變遷。前者代表人類生活型態的變化:知識和技術的進展,使人可以飛天也能入海,還能平地起高樓,而且一棟高過一棟;後者以長頸鹿的長頸為標記,代表生命體在適應外界生活環境發生巨變時所產生的形體改變。長頸節節高升,長頸鹿成為世界上身高最高的動物,雄性個體高達5.5公尺,脖長就佔去2公尺,造成低頭飲水非常不便。那為什麼變?憑什麼變?


確實,這個小頭長頸,全身褐底白紋,顏色鮮明、圖案簡單的動物,非常吸睛,所以在各地動物園都是大人小孩最留連忘返也最愛拍照留念的動物。在東方,長頸鹿也被視為吉祥和神聖的象徵。據說在明朝初年,鄭和下西洋的艦隊到達非洲東岸,帶回了兩隻長頸鹿,獻給明成祖。牠們巨大的體型和可愛的神情令龍心大悅,認為就是傳說中的神獸「麒麟」,會帶來保國安民的祝福。這個傳說並非無稽之談,除了史書和野史都有傳述之外,韓語和日語都稱長頸鹿為麒麟,而源自閩南語的台灣話也慣稱長頸鹿為「麒麟鹿」,都賦有吉祥的含意。非洲長頸鹿曾經入主中原,倒是有一定的可信度。


長頸鹿吸引眾人目光,無非是和其他動物相比,那不可思議的脖長顯得突兀。但對生物學家而言,過長的脖子帶來了尚無可解的神秘疑點:長頸鹿的祖先的祖先的祖先,脖子一直是這樣長嗎?還是因為環境發生巨變,吃得到高高樹上葉子的那些身軀較高、脖子較長的鹿才有生存優勢,數百萬年來自然淘汰,剩下越來越長頸的鹿?而且不僅僅是脖子變化而已,心臟也必須夠大夠有力,才能將血液往上輸送到兩公尺高的小腦袋(所以血壓是人類的兩倍)。當然,氣管和食道都要改變,身體各部位也得隨之變化。但長頸也造成低頭喝水的困境,四條腿張開喝水的笨拙姿態其實是很危險的,遇到兇猛的花豹或獅子經過,只要一個「措腳不及」,就會淪為利爪下的貢品;為了逃避掠食者,必須以速度取勝,而以牠時速60公里的「跑路」記錄,確實很難追趕得上。

在物競天擇的概念之下,達爾文也曾以長頸鹿的形變來支持演化理論的四大支柱:演化、漸變、共祖和種化。後兩個概念,從比較長頸鹿和其近親歐卡皮鹿(Okapia)的形態就可一目瞭然。牠們的共祖在1200-1100萬年前開始分化,到現在,從外形上來看,牠們怎麼可能是近親呢?演化和漸變概念的成立,不能只靠臆測和理論推論,必須要有過渡的骨骼化石為證據才足以服人。尤其是長頸鹿的脖子增長,不像101大樓是由一個個樓層疊加上去,而是靠頸內原有的七節骨骼逐漸壯大拉長。美國紐約理工大學的一群研究者,根據19世紀末20世紀初考古學家所挖掘到的70多塊長頸鹿化石(收藏於英、德、奧、瑞、希臘和肯亞的博物館)進行分析,包括9個已滅物種和2個現存物種,找出長頸鹿的長脖子是歷經幾個階段演變的結果,並進一步畫出長頸鹿家族的演化樹。尤為重要的是,研究者發現一塊700萬年前的頸骨化石,形狀和角度介於長頸鹿和歐卡皮鹿之間,屬於已滅絕的薩摩獸(Samotherium)。這篇論文很精采的呈現出長頸鹿家族滅族、漸變和種化的過程,粉碎了自亞理斯多德以來所持的「物種永恆不變」主張!

新的問題來了:到底是哪種內在機制,使漸變成為事實,而種化又得以繼續維持呢?從現代科學眼光來看,答案呼之欲出:長頸鹿形變的秘密,一定藏在基因的變異之中。以目前解析基因的技術,這個難題當然能迎刃而解,關鍵就在比對長頸鹿和其同源但未演化出長頸的近親歐卡皮鹿的基因,就可以解開長頸鹿形變和種化的秘密了。

美國賓州州立大學和坦尚尼亞的科學家合作了一個很有趣且意義深遠的研究。他們仔細為長頸鹿和歐卡皮鹿的基因定序,然後比對兩者基因序列的差別。結果發現有70個顯示差異的基因都和調控成長功能的蛋白質有相關,其中半數以上更是指向增長骨骼、擴大心臟血管和重組神經系統,表示在演化的過程上,長頸鹿的形變確是經由這少數基因的改變而產生的結果。此外,研究者更確認FGFRL1這組基因是長頸鹿從胚胎開始就不停促進骨骼成長的主要基因。

為了證實FGFRL1基因的確有助長骨骼的功能,研究者從長頸鹿身上分離出這個基因,然後利用CRISPR基因剪輯技術(這套技術的開發者正是今年唐獎生技醫藥獎三位得主)把它插入正在成長的小鼠身上,看看牠們的脖子和四肢會不會因此而增長。結果仍未出爐,讓我們拭目以待,因為它對治療肌肉萎縮症將具有很重要的意義。

變是世事之常,演化卻有一定道理。漸變、巨變、共祖和種化,在我們四周層出不窮。生命多樣,文化多元,唯有尊重,才是真理!

【欲閱讀更豐富內容,請參閱科學人2016 年第 173 期 07 月號】


報導來源 http://sa.ylib.com/MagCont.aspx?Unit=prespective&id=3096