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打造天生贏家:DNA和演化的強力證據

打造天生贏家:DNA和演化的強力證據

The Making of The Fittest: DNA and The Ultimate Forensic Record of Evolution

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內容簡介

  追隨演化論鼻祖──達爾文的腳步,Sean B. Carroll在本書以輕鬆的筆調、配合科學實例、從分子生物學與演化發育學的角度告訴我們:演化隨時在發生並且可以計算、亙古以來的生物皆擁有共同的「不滅基因」、如何從「化石基因」看出環境的變遷和生物演化,同時也讓我們知道,為什麼演化不斷重演、人類和其他生物的演化競賽、生物如何從簡單變複雜,書末以歷史證據辯駁「神造論」,最後再提醒我們,人類正在改變地球的未來。《打造天生贏家》是一個寶庫,裡頭充滿了演化如何運作、演化的重要性,還有這些過程是如何塑造出人類和世間萬物的全新知識。

作者簡介

西恩.卡洛(Sean B. Carroll)

  是美國霍華修茲醫學研究所的研究員,也是威斯康辛大學麥迪遜學區的遺傳學教授,著有《蝴蝶、斑馬與胚胎:探索演化發生學之美》等書。他是當代重要生物學家之一,《時代雜誌》、《美國新聞和世界報導》、《發現雜誌》、《紐約時報》等出版物常特別報導他的前瞻性科學發現。

譯者簡介

楊佳蓉

  台灣大學外國語文學系畢業,現為自由譯者,背負文字橫越語言的洪流,在翻譯之海中載浮載沉近兩年。譯有《爛工作的三個跡象》(大是文化)、《白色長頸鹿》系列(冠品宏文化)等書。

 

目錄

導讀與推薦 2
出版序 7
前言 11

第一章 緒論:布維特島的無血魚 17
第二章 演化論的日常運算:機運、天擇、時間 39
第三章 不滅的基因:跨越無垠時光的原地踏步 67
第四章 自灰燼中重生 89
第五章 化石基因:往日的斷簡殘編 115
第六章 似曾相識:演化是如何不斷重複上演? 為什麼? 137
第七章 我們的血肉之軀:武力競賽、人類、天擇 163
第八章 複雜結構的演化和塑成 187
第九章 眼見為憑 213
第十章 懷俄明州的棕櫚樹 249
延伸閱讀和參考資料 269
致謝 293

 

導讀與推薦

  首先,我必須誠實地說,當我在1997 年第一次聽到本書作者西恩.凱洛(Sean Carroll)的大名時,心中是有些疑惑,甚至是不服氣的。因為,我的前指導教授麥克.艾肯 (Michael Akam),以及喜愛演化發育學(Evolutionary Developmental Biology; 常被簡稱為「Evo-Devo」 )的同事,對他在蝴蝶翅膀斑點的研究,簡直是推崇備至而且到了著迷的地步。當時才剛剛進入博士班的我心中想著:研究蝴蝶翅膀上的斑點有什麼了不起的?要不是史恩.凱洛和我所喜愛的前00七巨星史恩.康納利(Sean Connery)有著相同的大名,甚至連姓唸起來都有點像,我可能對他不會有印象。然而,隨著對發育生物學文獻之涉獵逐漸加增,很快我就察覺到自己的幼稚,同時也發現史恩.凱洛是位「超人氣」的科學家。

  初次接觸凱洛作品的讀者,可能會覺得他是一位專職的科普書籍作家:因為他的文采豐富,不像一般科學家慣於制式的論文寫作;再者,他總是旁徵博引,尋得許多跨領域的證據來闡述其論點。這其實是一般整天待在學術單位的科學家所無法想像的事(至少我目前完全辦不到),因為光是撰寫研究計畫和期刊論文就覺得時間不夠用了,怎麼還有閒情逸致去從事科普書籍寫作?然而事實是:凱洛辦到了,而且看來好像還游刃有餘。舉例來說,他是國際知名的細胞與發育生物學家,研究論文常見諸頂級之學術期刊;他的研究室長年受美國霍華休斯醫學研究所(Howard Hugh Medical Institute)支助。這在美國,是研究卓越的表徵。同時,他在2007年當選為美國國家科學院院士。除了這本2006年出版的科普作品,2001年至 2009年期間他還寫了另外三本科普書籍,外加兩本專業教科書。去年八月下旬,分子細胞學頂級期刊「細胞(Cell)」雜誌的封面特別以醒目的獅子、麋鹿、果蠅等圖案,介紹凱洛的研究室對調控果蠅雌雄性狀分子網路的貢獻,因為這項研究成果對動物性狀決定有著重要的啟發。由此可見,凱洛仍處研究顛峰。關於凱洛其它的英勇事蹟,請讀者自行「Google」「Sean Carroll and HHMI」這個字串。

  不管是蝴蝶翅膀斑點,或是果蠅胚胎發育的研究,凱洛總愛探討基因在不同物種所扮演的角色,這也是他的研究吸引人的地方。而且他每每歸功精彩之處給「演化」,也正是本書之中心議題。我相信「演化」對大部分的讀者不是一個陌生的名詞,自中學至大學的生物學課本對查爾斯.達爾文和他所提出的演化論,或多或少都有所著墨。其實,連近年來小學生喜歡看的「神奇寶貝」卡通,都大量引入演化(劇中用「進化」這個稱謂)的橋段,因此許多小學生 (當然包括我的小孩) 對進化朗朗上口。只是卡通中的「進化」與達爾文的「演化」差異甚大,甚至背道而馳。不過老實說,許多大學生、研究生所知道的演化論,真的比「神奇寶貝」的進化論好不到哪兒去。就我的觀察,研究生在專題報告中常對一知半解的生命現象以「某某物種演化出某種形態、行為或機制」來掩飾研讀文獻之不力。他們口說「演化」,卻提不出演化之證據,讓人覺得演化若有似無,難以捉摸。不管你同不同意、或喜不喜歡「演化」,凱洛在這本書將以DNA的證據來說服你「演化」的存在,也順道帶你認識演化的分子原理。若把達爾文比喻成一位十九世紀的刑警,只能靠著辛勤地蒐證與豐富的辦案經驗來破案,凱洛就好像二十一世紀的鑑識科學家,直接利用 DNA 這樣的微物證據,讓案情急轉直下,瞬時明朗。當然,讀者可扮演法官的角色,用自由心證去研判凱洛所提供之證物的「證據力」。 我還要向讀者坦白一點:我之所以熱愛研讀演化發育的文獻,以及從事相關工作,主要是因為在那純白無瑕又變化多端的胚胎當中,可以欣賞基因的表現。至於會聯想到與演化的因果關係,都是在熱愛的情緒稍退後,回復到較理性層次時的事了。我不敢代替達爾文或凱洛發言,不過我猜他們兩位對生物形態變化的多樣性一定相當著迷,到了一個程度,他們不得不問:這到底怎麼來的?的確,生命現象之何去何從,不僅不該被忽略,更應該是波瀾壯闊的一章;這個問題的進一步探索,直指人類「我從何而來?我為何而生?」之中心議題。很可惜的是,因著意識型態之爭,達爾文的「演化論」與聖經的「創造論」長期以來都嚴重地遭到扭曲而失焦。可喜的是,凱洛以現代鑑識科學「最夯的」分子──DNA,重新詮釋演化。這是達爾文生前無法利用的證據,因為距1859年出版「物種原始」(On the Origin of Species)至1952年賀西與崔斯(Hershey and Chase)証實 DNA 為遺傳物質,與1953年華生與克立克(Watson and Crick)發表 DNA 之雙螺旋結構,中間長達九十餘年之久!

  跟隨著凱洛的生花妙筆一路前進,你會自覺彷彿置身於「分子博物館」內,聆聽那帶有感情的筆鋒,將標本背後的演化奧秘娓娓道來。如果你對演化尚有存疑,甚至堅決反對,我仍推薦你不妨試讀第一章──有關南極冰魚為何可在極地的海域生存的描述,因為那是我目前看過最「溫和」、也是最有趣,替演化存在說項的例子之一。或許,在讀完南極冰魚後,你就會有興趣,甚至迫不及待地想要瞭解其它章節所提到的「視錐細胞基因」、「化石基因」、「癌細胞基因重複演化的抗藥性」等案例。對於同樣身為基督徒的讀者,不論你同意或不同意演化,容我提醒:凱洛在書中並沒有以 DNA 的證據,或以演化存在之觀點,來否定耶穌基督的信仰,以及上帝存在的權能。坦白說,這著實使我鬆口氣。而且,摒除以毫無科學根據之意識型態來否定演化的存在,才是凱洛亟欲表達的觀點(詳見第九章)。不知是巧合或是特別安排,本書首章舉南極冰魚之存在為例,末章則以大西洋鱈魚所受之生存威脅作為結尾。凱洛以演化的觀點揭露魚類可藉由DNA 的變異而存活於冰冷的海域,然而魚類的 DNA 也可因人類的濫捕而戛然消失;演化並不因前者之誕生與後者之凋零而停止其腳步。我們應當警覺的是:濫捕所造成的海洋生態浩劫,正以超乎我們預期的速度威脅全球生物之生存。當然,人類自當無法置身其外。值是於此,與其自困於演化存在與否之爭,何不以耶穌「愛鄰舍」之精神來搶救我們生存的環境?

  最後我要特別提到,凱洛這本大作之原書名依直譯應該叫做「造就最適者(The Making of the Fittest)」。經過和羅宏仁社長腦力激盪後,我們將「最適者」改譯成「贏家」。一方面因為「最適者」這個名詞很少出現在我們的日常用語,若用它當作書名,恐怕在讀者尚未開卷之前,已被文縐縐的書名給嚇跑了。另一方面,我們希望讓讀者重新思考「贏家」的真正意涵。其實,在漫漫的生物史當中到底那些物種是「贏家」呢?是那些身強力壯的物種嗎?若是,恐龍迄今仍應主宰這個世界。若不是,看來好像是那些在各自生態區位(Niche)當中活得不錯的生物。然而,真的是這樣嗎?恐怕真正的獎項是落在由 A、T、C、G 四種鹼基所組成,而且會變異、會複製的 DNA。請不要忘了:這個雙螺旋分子正存在你、我以及成千上萬物種的細胞中,勇敢面對各式各樣的挑戰。 我要特別感謝劍橋大學麥克.艾肯教授與萊斯特大學(University of Leicester)艾略克.傑弗瑞爵士(Sir Alec Jeffreys)分別帶我進入演化發育與鑑識DNA (Forensic DNA)的領域。當我在2003年決定重回發育學的領域時,從來沒有想過這兩個看似不相干的領域,竟在凱洛的生花妙筆下產生交集! 

張俊哲
於2009年農曆春節的鞭炮聲中

出版序

  當這本書稿送到出版社時,南極冰魚的故事立即深深吸引我。演化竟是如此奧妙,連脊椎動物賴以為生的紅血球都可以放棄!細讀內文後,心中對演化的許多疑問逐步獲得解答,而最令我驚異的是,地球上所有生命,包括現存的和已滅絕的,竟皆帶有相同的「核心基因」!它們歷經數十億年演化的淬鍊,一直留存在生物體內,多麼堅韌與偉大呀!

  觸摸不到的分子生物對一般人來說,常覺得高深莫測。Sean B. Carroll在書中卻運用許多活生生的例子,卸除一般人對分子生物學的畏懼。雖然還是免不了會使用一些術語或專有名詞,但並不妨礙閱讀,反倒是讓有心的讀者可以進一步去了解這些術語或專有名詞。因此,也為了保留原味,原文書末的參考文獻全部登錄進來,只不過原文以穿插在文章中的方式呈現,譯者幫我們整理成表格的方式,方便查閱與對照。

  希望這本書能讓對演化有興趣的讀者,透過Carroll的專業知識和平樸有趣的文筆,深入了解演化。而對剛開始想了解演化的讀者來說,把這本書當一般科普小說,讓它引領進入演化的殿堂,你的入門將超越傳統,立即跟上最新潮流。

前言
超越一切合理的質疑
「被忽略的事實不代表它不存在」
──阿爾度斯.赫胥黎(Aldous Huxley)

  1979年,懷孕九個月的戴安娜.格林(Dianna Green),遭到毆打,未出世的孩子死於重創,雖然她喪失記憶,在法庭上連自己的名字都拼不出來,她仍指控丈夫凱文.格林(Kevin Green)就是打傷她的人。於是,格林被判謀殺和意圖謀殺。

  1996年,加州司法部實驗室以DNA分析這個17年前的謀殺場景。他們比較證物和格林的DNA資料,調閱最新建立的罪犯資料庫,發現這份證物和另外一名犯下四起謀殺案的兇手相符,這名兇手葛瑞德.帕克(Gerald Parker),當時因違反假釋規定入監服刑。面對DNA證據,帕克承認他犯下此案,之後被判死刑;格林終於獲釋了,但他已經因未犯之罪入獄16年之久。

  DNA分析法比纖維或是指紋鑑定還要精確,也比目擊證人還值得信賴,它能提供決定性的證據,證明某人是否出現在犯罪現場。DNA證據的權威,加上數起和格林一案類似的案例,已經在犯罪司法系統掀起一場革命:大量使用DNA驗證,可以揪出犯人,還無罪者清白。許多發生在過去的犯罪事件,都被視為無解之謎;現在,則可以如期破案,就連數十年前的懸案也不例外。另一方面,免除罪責的人數不斷上升。例如,「無罪專案」這個組織提供貧困者與DNA證據相關的免費上訴服務。他們指出,在過去13年有150名無罪者獲釋,其中有些人甚至曾經被判死刑。

  DNA化驗的威力不只表現在司法犯罪,連親緣鑑定、遺傳疾病檢驗也都托DNA科技的福。但在某個領域中,這種力量尚未被廣泛接受,這個領域稱為哲學。

  每個人的DNA序列都不相同,各個物種的DNA序列也是獨一無二的。每個物種間的演化,從生理形態到消化代謝,都是來自DNA的變化,物種間的「親緣關係」也記錄在DNA上。DNA包含了演化的終極紀錄。

  這點又帶來了一個有趣的矛盾:陪審團和法官依賴DNA證據決定被告有罪與否,決定上千人的命運是生是死──美國公民看起來百分之百支持這項科學發展。奇怪的是,根據民意調查,超過50%的美國民眾質疑,甚或徹底否定生物演化的事實呢!很明顯地,我們對DNA科技的應用比DNA所蘊含的演化意涵較無爭議。

  一個多世紀以前,在一本繼達爾文之後的重量級演化學著作中,威廉.貝特森(William Bateson)用以下的勸戒作為開場白:「如果舊的證據幫不上忙,那我們就來找些新的證據吧,我相信現在許多博物學家已經開始認知到這個改變了。」

  由於DNA科技已經滲透到日常生活的各個層面,現在正是重新出發尋找新證據的時候。本書的目標就是提出一系列新的DNA證據,以說明演化的事實。過去幾年中,生物學研究已從各種生物(包括人類和我們的近親)身上,得到大量史無前例的DNA證據。在過去二十年間,我們資料庫中的DNA序列增加到4萬倍,而且大部分都是在這個世紀初解讀出來的。換個方式來看看這個數字的意義:1982年,我們所知的生物DNA序列僅有將近一百萬個字碼,如果印在紙上,差不多可以填滿一本像這本尺寸的書。到了現在,我們所知的DNA序列若是印成書,大概可以疊出兩座台北一○一,甚至更高。這棟生命的圖書館每年還會增高三十多層樓呵!

  的確,這些書裡所記載的原始DNA密碼能建構出各種細菌、真菌、植物、動物。然而,它們的內容卻只是由四個字母──A、C、G、T排列組合而成儘管如此,它們卻代表著演化生物學史上最偉大的機會之一。生物學家正在挖掘這項豐富的新資源,期許透過研究,以解開自然史上一些最迷人的謎團,並進一步期待能夠鉅細靡遺地揭露,自然界各種重要性狀的演化過程為何。這本書要說的故事是關於基因體學這門新科學,如何透過對各物種DNA廣泛而特別的比較性研究,來深度拓展我們對生命演化的認知。

  基因體學能讓我們看到演化過程的深層內涵。達爾文之後的一個多世紀內,大家只能在雀鳥或是蛾的繁殖和生存中發現天擇的作用。現在我們可以知道,「最適者」是如何產生的,因為DNA中包含的各種資訊是達爾文無法想像的。不過,這些資訊讓他的天擇理論更加堅不可摧。我們現在可以標定DNA中特定的變化,了解這些變化如何讓物種可以適應不斷改變的環境,進而演化出新的生命型態。

  這種新的認知不只提供我們鑑識證據,還帶給我們驚喜,因為它擴展我們心中對演化的想像。舉例來說,在各個物種的DNA紀錄中,我們可以找到「化石基因」的DNA片段。他們曾在生物祖先身上完整無缺,並且為生物祖先所善盡其用,但如今已衰退且變得缺乏用途。這些遺骸讓我們知道,有些性狀和能力隨著物種演化出新的生命型態而被捨棄。

  DNA紀錄同時也揭露演化能夠不斷重演。不同的物種(像是蝴蝶和人類)會經由相同的方式,進行類似或迥異的適應歷程。這證明了面對相同的挑戰或機會時,在生命史上不同的時間地點會得出相同的解答。這種重演的情形,推翻先前我們認為「如果讓生命史重新來過,結果會不同」的想法。

  DNA證據帶來了人類起源和早期文明的創新論點。雖然解讀人類的基因組已經成為主流,但是解讀其他靈長類和哺乳類的基因與基因組,卻讓我們可以解釋人類基因內容的意義。我們的基因含有許多洩露天機的線索,可以讓我們探討我們為什麼會有所不同,以及我們是如何演化成現在的樣子。許多基因帶著天擇留下的疤痕,它來自我們祖先與微生物之間的長期戰爭。數百萬年來,這些微生物一直困擾著人類的文明。

  我在寫作這本書時,心中預設了好幾種讀者。對自然史有深厚興趣的第一類讀者,我將引導他們在地球上漫游,導覽他們認識許多分別適應了溫泉、洞穴、叢林、火成岩,還有深海等特殊環境的物種。告訴他們,這些物種只要改變少數幾個字碼,就可以大大改變複雜生物體的形態或生理機能。這正是這類新知彰顯演化的宏偉之處。第二類讀者是學生和老師,我把重點放在我覺得最能夠描繪出演化過程的最佳例證上,加強並擴展我們對豐富的生命多樣性和適應能力的敬畏。大部分我在書中敘述的例子尚未列入教科書,不過其中有許多將會成為演化學的重要篇章。第三類讀者是那些想要探究演化論反對者的浮誇言論與偽科學的人。對這些讀者,我會提供一些背景知識,讓他們了解那些用來質疑和反對演化論的伎倆與辯解;我還會舉出足夠的科學證據,使這些辯解煙消雲散。

  新的DNA證據所扮演的角色,不僅僅在於闡明演化過程,在學校和社會大眾對演化論的接受度中,它也具有決定性地位。陪審團依賴基因變異和DNA證據決定嫌疑犯的命運,但他們卻反對教授這些證據背後的基本原則,以及整個生物學的基礎,這可不是普通的矛盾。反演化論運動建構在完全錯誤的遺傳學與演化過程的概念上,我在書中所展示的新證據,不只顯示生物演化是生命多樣性的基礎,而且我認為這些新證據可超越任何合理的質疑。

 

詳細資料

  • ISBN:9789868133938
  • 叢書系列:念戀自然
  • 規格:平裝 / 304頁 / 15 x 21 cm / 普通級 / 單色印刷 / 初版
  • 出版地:台灣

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