科學人 ：透視生命奧妙

透視生命奧妙
了解基因與細胞運作、最新生物科技的22個必修學分

專文導讀
長庚大學生理科副教授 黃榮棋

薛丁格的《生命是什麼？》一書在1944年問世，至今已過了67個年頭，這個問題依舊沒有令人滿意的答案，如同世人對生命的定義始終沒有共識一般。但若要找一個最接近生命定義的，代謝應是首選。由於代謝，生物體可以不違背熱力學第二定律，利用能量來建立生命所需的分子秩序。生命或許就是源自能量驅動的小分子化學反應網絡，最終發展出複製能力，並以達爾文演化機制來適應環境。

果真如此，病毒這種無法獨立自營生活、必須仰賴其他生命才能代謝的個體，又該如何歸類？就這個問題而言，病毒與暫時停止代謝活動的休眠種子一樣，似乎超越世人的生命概念。無論如何，病毒攸關人類健康，並賦予人類與細菌共有的基因，在生物演化上扮演舉足輕重的角色，或許就像諾貝爾獎得主勞夫所言：「病毒就是病毒！」第一單元〈生命的根源〉，將引領你深思這些帶點哲學味道的問題。

想更具體了解生命如何運作，第二單元〈細胞的奧秘〉會給你完全不同於以往的視野。生命的基本單位是細胞，同一個體的細胞都含有一樣的基因組。雖然如此，基因表現卻非一成不變，而是會受到調節。例如有一群特殊的基因，可以在生物處於逆境之時，協助防衛身體，增進個體的健康並延長壽命。研究證實，限制熱量的攝取可以活化這些基因，延長小鼠、大鼠與狗（甚至靈長類）的壽命。了解這些「長壽基因」的調控，人類長命百歲就不再是夢想。

細胞也可以藉由所謂的自噬作用，利用細胞內的微小「自噬體」來清除廢物以及入侵的病毒和細菌。這種自噬作用似乎對神經細胞特別重要，像阿茲海默症與老化，就可能與腦神經元自噬功能的衰退有關。知道如何抑制或促進自噬作用，將有助於疾病的治療，甚至也一樣可以延緩老化。

基因表現通常是透過特殊蛋白質結合到基因的調節區，來促進或抑制mRNA的轉錄。近10年來科學家卻在各種生物細胞，發現到一種類似糾察隊的「RNA干擾」（RNAi）系統，可在細胞出現有害的基因表現時，適時攔截該基因的mRNA。RNAi這種「消音」功能只會針對特定的mRNA，而不會影響其他基因的訊息。科學家若能找出誘導RNAi的方法，應該可用來抑制與癌症、病毒感染與其他疾病相關的基因表現。

基因組雖攜帶製造蛋白質的訊息，但蛋白質才是細胞功能的執行者。一個個體中的細胞雖有著相同的基因組，卻因為表現出不同的蛋白質，而能執行不同功能，以符合生理之需。因此，若能明白特定細胞的蛋白組以及蛋白質之間的功能互動，就更能充份掌握這些細胞的特性。例如癌細胞表現的特定蛋白質，或可用來做為檢驗與治療的標的。

但因為不同細胞會表現不同的蛋白質，而且一個基因還可以不同的剪輯方式製造多種蛋白質，蛋白組學遠比基因組學複雜困難得多。蛋白組學已廣泛應用在臨床醫學與生命科學研究，也創造了蛋白組學儀器與耗材的無限商機。可以預見，蛋白質當家的時代已經來臨，蛋白組學將繼續提供寶貴的生命科學知識。

另外一些熱門而切身的話題，包括幹細胞與維生素D等，則在第三單元〈你我的生命科學議題〉中有所討論。幹細胞是一種未分化的細胞，具有分化成各種不同功能細胞的能力，因此可用來移植以修復組織與器官。幹細胞研究雖具爭議，尤其是利用胚胎幹細胞所引發的倫理道德議題，但依舊是目前許多無法醫治疾病的一線希望。

流行病學與生理學證據指出，演化造就了人類膚色在地球上的分佈狀況，這是因為攸關生殖成就的葉酸與維生素D，都會受紫外光輻射影響的緣故。此外，維生素D還具有強大的抗癌作用，對免疫系統的調節也很重要。最近的證據指出，維生素D會與細胞核內的受體結合，並影響基因的表現，因此具有廣泛的作用：起碼會對全身12種不同的組織、調節1000種以上的基因。這或可說明現代文明生活下，日曬普遍不足所產生的諸多問題。

生物科技的進展已經趕上科幻小說，可以讓狗兒「冬眠」一小時，並在甦醒後安然無恙。同樣技術若能成功應用在人體，不僅可以保護重傷患者，還可以延長移植器官的時效。結合遺傳工程學與光學來研究特定細胞類型的新領域：光學遺傳學，已讓神經科學家可以準確地描繪，甚至控制腦內的神經線路，這對於研究神經線路與功能有重大的貢獻。

利用遺傳工程技術來改造細胞、重新組裝生命，可以協助製造化學成份和抗癌藥物，甚至處理核廢料與生化武器。隨著生物科技的進步，或許不久的將來，DNA定序科技的普及，讓你只要花上三萬元就可以快速取得個人的基因序列。第四單元〈生物科技最前線〉帶你搶鮮體驗未來可能的醫療科技！

生命世界的多采多姿，在動物生理與行為上也充份展現，你絕不能錯過第五單元〈萬物皆靈〉。有些動物雖然智力不如人類，但是感官上卻有過「人」之處，例如昆蟲和鳥類能夠察覺到紫外光，而鯊魚有特殊的器官，能夠感知周遭的電場變化，這是超越五感之外的另一種感覺能力。

為何有些動物特別聰明？大象、海豚、鸚鵡、烏鴉以及大猿等社會化的動物，似乎都能展現非凡的智能。但透過對紅毛猩猩的研究，「文化提升智能」這個理論或許最能解釋智能的演化。行為經濟學的研究指出，卡布欽猴、黑猩猩與人一樣，都會分享食物。這種共享的心理可是致力合作生活的靈長類特有的演化產物。

這本《透視生命奧妙》特輯廣泛涵蓋了生命科學領域的眾多重要議題，諸如生命起源、細胞生物學、生物科技以及行為演化等，也收錄了病毒學與肢體再生等有趣題材。想一窺生命玄機的讀者，絕不會失望。

(名家推薦)
※周成功  長庚大學生物醫學系教授
現代科學不僅帶給我們豐盛的物質享受，同時也影響了對自己和外在世界的認知。但面對排山倒海而來的科學衝擊，大部份學生在填塞了課本上的知識以應付考試後，多半從此就不再碰及科學。要大家有興趣持續認識科學，第一個需要克服的難題就是怎麼讓「科學說中文」！「科學人」將過去的文章，依類別結集成冊是一個新的嘗試。在此先預祝它成功！未來如果每篇文章後面能有更淺顯而周延的解說，那就更理想了。

※陳文盛  國立陽明大學生命科學系及基因體科學研究所教授
我喜歡「科學人」。
我喜歡「科學人」翻譯的「科學美國人」文章。
我也喜歡「科學人」裡頭「科學台灣人」自己撰寫的文章。
翻譯的也好，本土的也好，都一樣高水準。
現在，「科學人」精選了近年來生命科學方面具有趣味性和教育性的精彩文章，收集成冊出版。這本特輯不但惠及一般讀者，也是很好的課堂教材及討論會讀物。
期待「科學人」將繼續在其他領域出版這樣的專集。

※蔡任圃  台北市中山女高 生物科教師
科普文章一直是科學教育中重要且有效的一環！《科學人》的各期文章不但文筆順暢容易閱讀，又涵蓋了眾多的科學領域，不但幫助讀者掌握科學新知，也討論了許多科技發展所產生的社會議題，實屬珍貴的教育資源。將《科學人》的精彩文章依主題整理分類，方便讀者能一窺完整的知識架構，全方位討論科技的應用與衝擊，亦是讀者的一大福音。

※江安世  國立清華大學生命科學講座教授
形成生命的基本單元是什麼？基因？細胞？這些單元又如何形成複雜的個體？生命的機制雖是眼不能見，但每天發生在我們的周遭，叫人無可推諉。而要維持生命，生物就必須能和環境互動，趨吉避凶，這是個更引人入勝的問題。在人類基因體計劃完成後，生命科學在基因與細胞研究的基礎上快速的進展到系統生物的層次，最新的技術已能藉由改變神經細胞活性而遙控動物行為。「科學人」集結出版了近幾年討論相關議題的文章，好讓讀者能感受最新生命科學研究的脈動，這是值得推薦的智慧典藏。

導　讀
就算無法定義生命，也不減探索的樂趣！撰文∕黃榮棋

第一單元　生命的根源
尋找生命的起源
生命起源比你想的更簡單
病毒不是活的嗎？

第二單元　細胞的奧秘
啟動長壽基因
偽基因真有用
緘默突變的代價
RNAi：神秘的基因糾察隊
細胞如何大掃除

第三單元　你我的生命科學議題
幹細胞的挑戰  
來自陽光的維生素  
膚色深淺，大有關係  
人類斷肢也能再生？

第四單元　生物科技最前線
組裝生命  
1000美金，解開你的基因  
蛋白質當家  
暫時停止生命  
用雷射遙控果蠅

第五單元　萬物皆靈
鯊魚的第六感  
鳥兒眼中的彩色世界  
動物也會做生意  
為何有些動物特別聰明？
中英名詞對照

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