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導讀?

從細胞透視生命本質

程樹德

　　美國東北部的麻州像是一條巨型的抹香鯨，方方整整的頭和身軀向西插入內陸，剛好咬住紐約州的腰部，而細小的尾巴向北蹺起，仍留在大西洋中，承受海洋之滋潤與肆虐。這條尾巴又像細長的手臂，它其實就是著名的「鱈角」半島。

　　半島的南北兩岸均是綿延的沙灘，但南岸尤為波平浪靜，是波士頓人在夏天避暑戲水的勝地，富人尤以擁有面海度假別墅為傲。甘迺迪家族在小港「海恩尼斯」（Hyannis）有個大莊園，老夫人常住於此，而在權力圈內打滾的諸兄弟，休假群聚此處時，便熱鬧滾滾、性事連連。

　　在鱈角半島底部，也就是手臂的胳肢窩處，是一個叫伍茲霍爾（Woods Hole）的寂靜漁港。一條小街緊逼著海岸，三、四間老式啤酒館排列在兩側，店外的風鈴叮叮噹噹隨風響著，小漁船從外海進內港時，小街中段的橋便掀了起來。在小街一端有一棟溫暖的小木屋，是間書店，店裡頭除了供應休閒書、旅遊書和文學書外，竟有許多生物、演化、地質和氣象之類的書籍，與大學校園內的書店相比，毫不遜色。小街另一端的左側有間小水族館，展示著幾十種當地的魚類，右側有條巷子，遊客一旦轉進去，會發現幾棟高大的建築，外牆有羅馬式的大石柱，小拱門入口處鏤刻著「莉莉紀念實驗室」或「洛布實驗室」。在這新世界的小漁村中，怎會有舊世界的藝術傳統和科學研究呢？

　　凡是對生物學歷史有一絲興趣的訪客，會發現這僅有一條小街的漁港，幾乎是細胞學的麥加聖地。十九世紀末葉，當實驗生物學勃興時，美國東北部的生物學家利用此處易於捕獲海洋生物之便，設立了暑期海洋實驗站，一面享受泛舟觀海之樂，同時也與三、五好友趁機一起做個構思已久的研究。到了二十世紀初，這「伍茲霍爾海洋生物研究所」已開始出現引人矚目的成果。

　　從德國移民到此的洛布（Jacques Loeb, 1859-1924），在1912年利用化學藥品刺激海膽的卵，使它不必受精，即進行分裂。這結果不但上了報紙的頭版，而且被新聞界誤報為「試管中製造生命」，甚至被比喻為「處女生子」之神蹟，讓很多未婚婦女不敢到海邊戲水，但也讓求子心切的夫婦趨之若鶩。

　　不久之後，一位天才橫逸的匈牙利人聖捷爾吉（Albert Szent-Gyorgyi, 1893-1986），被納粹趕到美國，就在伍茲霍爾落腳下來，他在1930年代即因發現維生素C，而獲諾貝爾生理醫學獎。這位自稱「酒神」型的實驗者，聲明自己沒有長期的研究計畫，今天想到什麼有趣的事，就做什麼，因之他雖然聲望崇高，卻經常申請不到研究經費。他在海洋生物研究所的多年中，對肌肉如何產生運動深感興趣，進而影響了同事，不少人用烏賊的巨大神經軸突，來研究胞內囊泡之移動以及神經脈衝的傳遞。

　　海洋生物研究所對科學另一重大貢獻，即是暑期舉辦的細胞生理學課程，凡是研究生或想改行的老手，都可在此接受深入的訓練，而授課者則是資深的細胞生物學家。在密集的授課、實驗和討論中，常激發出新的假設，也正是在這種合作又競爭的氣氛之中，細胞內多種管轄運動的分子，以及控制細胞分裂的「週期蛋白」陸續被發現，因而催生細胞學的黃金時代。

　　這項課程的籌劃者有個遠見，即開放一些學員名額給新聞記者及科學作家，讓這些文科人士也能浸潤在細胞學的趣味之中。在1987年，這項「陰謀」果然逮到《華盛頓郵報》記者倫斯伯格，他因之受到雙重的魔咒，不但愛上了細胞學，更與一位同班上課的細胞學研究生墜入情網。從1989年他就辛勤的為這份柏拉圖之愛而東奔西走，進行訪問、撰寫、拍照、思考，終於在六年後，把他「愛的結晶」呈現給讀者，就是您手中這本《一粒細胞見世界》。

　　就因作者不是職業科學家，所以反而較重視一般內行人習以為常的科學觀念，也較能透過刻意的說明，讓各種理解層次的讀者，都能一窺科學的堂奧，不論中學生、大學生或研究生，都能從本書的閱讀中受到啟發。

　　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。讓我在此提出來，為讀者解釋一番。

　　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！

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