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科學人：透視生命奧妙 特刊物超所值

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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。