2010年12月1日 星期三

進化論「風水輪流轉」

謊島叛變》電影裡,一群複製人住在一幢與世隔絕的大樓內。傳說,外面世界已被污染籠罩,人類經已滅絕,他們是唯一幸存者。大樓內秩序井然,每人每刻都受嚴密監控,人們的唯一願望是被挑選往「聖島」居住,據說這是世上僅餘的樂土。

其實,這是一個騙局。複製人是一間生物科技公司的財產,一些有錢人委託這間公司複製自己,將來需要器官移植或代母產子,其複製人便是現成的捐贈者或代母。每當需要器官或即將分娩,複製人便被通知移居「聖島」,一去不返。當然,他們並非往什麼「聖島」,只是被抬進手術室,取得所需器官或嬰孩,其生命便「功德圓滿」,被殺掉。

撇開道德不談,這齣電影犯了許多科幻片相同的毛病:複製人與主人的身形樣貌一模一樣。

孖生兄弟相貌相約,相同基因不是應該長出相似外表的嗎?大家不要忘記,孖生兄弟還在相同的環境下成長,片中主人和複製人的生活環境、經歷和習慣肯定不同,試想像主人天天到沙灘曬太陽,困在大樓的複製人則天天做 gym,又或者,主人小時候家境貧困,營養不良,個子長得矮小,複製人則餐餐大魚大肉,嬌生慣養,長得高大肥胖。當然你可以反駁,除基因之外,複製環境的每一個細節,強逼複製人過主人一樣的生活,不就可以了嗎?此說沒錯,但我敢肯定科幻片忽略了這個,錯誤地給人「基因決定一切」的印象。

基因與外表之間,是一層複雜的化學;基因經過這層化學的「解讀」,才衍生外在的形態。環境影響化學,相同的基因經不同化學的解讀,結果亦不盡同。讓我打個譬喻。如果基因是天書,細胞便是捧着天書的機械人,一舉一動都受天書支配。某天,機械人來到岔路口,翻查天書該往哪邊走,查了半天才知應該向右,他隨手摘下一片樹葉插進天書,方便將來查閱。走了一會,看見一名乞丐在路邊行乞,機械人再次翻開天書找尋,剛翻至適當的章節,忽然吹來一團膠水,幾頁天書黏作一團,讀不到指令,機械人唯有視若無睹,繼續前行。

樹葉和膠水,就是環境改變天書的讀法,亦可說是環境影響基因的解讀。真實的細胞裡,一些化學物可以黏着基因的某幾個「字母」,使其讀不到。接下來的問題是,環境對基因的「薰陶」,那些留在天書的樹葉和膠水,會不會遺傳至下一代呢?會的話,對生物進化又有何啟示呢?

去年是達爾文誕生 200 周年,亦是其進化論巨著《物種始源》出版 150 周年。根據「達爾文式進化」(Darwinian evolution)學派的說法,進化是一支「三步曲」。(一)由於基因會變異,物種內的每隻個體都有少許不同,(二)這群個體在大自然掙扎求存,弱的死掉,(三)強的延續,優秀基因得以傳給後裔。在這「變異、淘汰、繁衍」三步曲的框架下,環境擔當什麼角色呢?唯一角色是把弱的基因淘汰掉。這看法的另一重點是,由於環境不能直接改變基因排列,任何後天的薰陶皆不能透過基因傳給後裔,用較專門的說法,任何「acquired characteristic」都不能遺傳,亦對進化沒有貢獻。

即使我天天曬太陽,曬得一身古銅色,我的兒子不會就此獲得古銅的肌膚,因為我的古銅色是「acquired characteristic」,遺傳不來。我天天做 gym 得來的肌肉也不會遺傳,因為這些肌肉也是「acquired characteristic」。

然而,在達爾文式進化廣受接納之前,人們認為「acquired characteristic」才是進化的機制。以長頸鹿為例,其長頸的由來,是因為每一代的長頸鹿都抬頭吃樹葉,頸子運用多了便給拉長,這「acquired characteristic」代代相傳和積累,便成了今日的長頸。這說法的倡議者為法國人拉馬克(Jean-Baptiste Lamarck),他在達爾文出生那一年發表《動物哲學》一書(Philosophie Zoologique),闡釋他對進化的看法。以「acquired characteristic」為主導的進化觀,稱為「拉馬克式進化」(Lamarckian evolution)。

誰人勝出?不用說。去年慶祝《物種始源》150 周年,許多人對《動物哲學》一書聞所未聞,便知誰勝誰負。古語「成王敗寇」,舉世皆然。

不過,中國人亦有另一句說話,「風水輪流轉」。近十多年,愈來愈多發現表明,某些「acquired characteristic」是可以遺傳的。沿用天書和機械人的比喻,機械人複製自己時(細胞分裂),不僅複製一本天書給那第二個自己,書中某些樹葉和膠水也會一同複製,換句話說,環境對天書的「薰陶」(acquired characteristic)是可以遺傳的。經過接近兩世紀的遺棄,拉馬克式進化重見曙光,這當然不代表達爾文是錯的,只說明達爾文式進化不是事實的全部。

舉數例。延長壽命的最簡單方法是控制食量,未有人類實驗,但在很多微生物和老鼠身上已經證實,吃得愈少,活得愈長。上一代節食換來長壽,益處會否延至下一代呢?會的,至少某些微生物會。今年一個實驗顯示,限制某類微生物進食,能令牠們長壽 50%;捱過饑餓的母親所生的下一代,即使飲食正常,其壽命亦長 20%,研究人員發現其抗氧化機能較活躍,這是上一代節食得來的「優良傳統」。節食延壽絕對是一種「acquired characteristic」,想不到竟可遺傳。

另一次實驗,把雄鼠暴露在幅射底下,患癌機會固然提升,想不到亦會增加後裔患癌的機會,儘管後裔沒被幅射照過。研究人員發現後裔的基因修復機能較弱,相信是一些依附在雄鼠精子基因的化學物所致。

此外,癡肥、糖尿、濫藥等傾向,亦會通過一些基因以外的途徑遺傳(天書之外,還有書中的樹葉和膠水)。總括而言,愈來愈多「acquired characteristic」原來可以遺傳的,拉馬克還未投胎的話,在天之靈一定在笑。

(2010 年 12 月 1 日 信報副刊)

學術參考:
Sheau-Fang Ng, et al. (2010), “Chronic High-Fat Diet in Fathers Programs Beta-Cell Dysfunction in Female Rat Offspring,” Nature 467, 963-966. doi: 10.1038/nature09491

Gen Kaneko, et al. (2010), “Calorie Restriction-Induced Maternal Longevity Is Transmitted to Their Daughters in a Rotifer,” Functional Ecology. doi: 10.1111/j.1365-2435.2010.01773.x

Eugene V. Koonin, Yuri I. Wolf (2009), “Is Evolution Darwinian or/and Lamarckian?” Biology Direct 4, 42. doi: 10.1186/1745-6150-4-42

Yuri E. Dubrova, et al. (2000), “Transgenerational Mutation by Radiation,” Nature 405, 37.

3 則留言:

  1. For Lamrackian evolution to work, the characteristics must be acquired or making an effect on the individual before it is ready to reproduce.

    Lamrack was correct only if the characteristics changes took effect on the molecular level, such as exposure to radiation could alter the DNA structure of the spermatogonia.

    It is generally believed that obesity, diabetes and tendency to drug abuse are not acquired characteristics.

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  2. But those few papers in 學術參考 did show that some aspects of fat metabolism and longevity can be inherited, and that inheritability is affected by the parents' diet.

    In other words, something "acquired" by the parents is being passed on to offspring, at least for some aspects of some animals.

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  3. I do not have access to the main contents of the Sheau-Fang Ng study, but the abstract merely states that “…the extent of any contribution of obese fathers is unclear, particularly the role of non-genetic factors in the causal pathway…” is too early a conclusive proof of Lamarckian evolution theory.

    The remaining two studies suggest that it is possible that acquired characteristics can be reverse-engineered (mechanism unknown) into the genome and passed down to the next generations. This has some flavor of Lamrackian evolution but also conforms to Darwin if we consider Darwinian evolution from another angle: that all characteristics are acquired (by random mutation and then selected by the environment) along the evolution path, and that their transfer is carried out by genes.

    Perhaps at the end of the day, Darwinian and Lamarckian evolution is not as contradictory as most people believe.

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