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那福忠,知名電子出版專家、網路作家。
   
  人造生命
 

那福忠 January 30, 2005

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   多少年來,科學家就試著解釋自古以來的懸疑,人從哪裡來的?四十億年前,地球上沒有生機,是哪裡最先出現生機的?之後又是怎麼樣繁殖、進化到今天?丹麥哥本哈根大學化學教授Peter Nielsen 教大家問一個很科學的問題:生命的起源是意外、還是必然?如果生命是意外發生的,那宇宙之間也許孤伶伶的只有我們;如果生命是自然進化的產物,那我們又何嘗不能製造呢?

  人類試圖製造生命由來已久,歐洲在文藝復興時期,科學家就把肉裝到盒子裡放在野地,過幾天回來察看「製造」出的生命,當然那只是一些腐肉裡的蛆蟲;1790 年代,義大利的醫師 Luigi Galvani,發現電擊可以讓死青蛙的腿動彈;這個實驗,啟發了三十年以後一位女作家 Mary Shelley 的靈感,寫了一本流傳後世的科幻小說 Frankenstein (中譯「科學怪人」)。

  1953 年,芝加哥大學的 Stanley Miller 與 Harold Urey 兩位教授,做了踏實的研究,把早期地球大氣層裡有的沼氣、阿磨尼亞、氫氣、與水蒸氣的分子混一起,同時用電流製造火花,來模擬閃電,幾星期之後,這些混合分子形成了氨基酸。氨基酸是蛋白質的根基,而蛋白質是生命的泉源。所以這個實驗證實了化學反應可以導致生機,對生命起源的了解出現曙光。

  美國新墨西哥州的 Los Alamos 國家實驗室,由丹麥籍 Steen Rasmussen 博士(簡歷)領導的科學家群,最近獲得經費,展開人造生命的研究。Rasmussen 博士從小就對這個題目產生興趣,正式研究也有七年,只是他的作法與全球一百多個實驗室類似的研究不同。一般大家所了解的人造生命,是把地球上原有的生命改造,例如改變基因的技術可以製造出不同型態的生命。Rasmussen 的想法則是從無到有,讓沒有生機的東西產生生機,雖然從試管開始,所產生的原始「生命」可能比細菌小一千倍,卻能讓它自己生長、繁殖,乃至進化。有人把這稱之為「試管內的『科學怪人』」。

  Rasmussen把這個新品種的生命稱為「雛形細胞」(Protocell),理論已經在電腦模擬上證實,現在進入實驗階段,雖然有科學家對他的「科學怪人」理念質疑,也有人贊同他的構想,認為操縱細胞、 DNA 、基因這些自然界既有的生命,即使製造出更肥胖的豬來,也遠不如創造新品種的生命更有價值。Rasmussen 說如果研究成功,世界必然改觀,人類也跨越了臨界點,進入現在被認為是上帝的能力範圍。

  至於是否害怕被冠以扮演上帝角色,Rasmussen說他本身是化學、物理、生物三方面的學者,又在學校唸過三年的哲學,所以深知自己與上帝角色上的分野。他的研究有如剝洋蔥,不過一層層掀開面紗,試著對這個世界多一層了解,他僅是一個卑微的人類,不會與上帝或任何宗教的精神情操衝突。

  製造生命,目前有由上而下與由下而上兩種方式。有基因大師之稱的 Craig Venter 是由上而下的代表,他拿地球上最簡單、僅有 517 個基因的霉菌來做實驗,把基因一個一個的異動,看看霉菌的反應,結果發現有 215 個基因沒有用處。下一步的實驗現在正在進行,就是用人造的基因順序,放入霉菌的 DNA 裡,替代原有的基因,然後看看霉菌能否存活。霉菌雖小,Venter 承認人工合成的霉菌則是一大工程,合成後是否有生命跡象,生命的運作是否正常,也都是未卜之數。

  Rasmussen 則採由下而上的方式來製造他的雛形細胞。先列出生命有哪些要素,然後把要素歸納成三大項目:製造能量的新陳代謝機能、類似 DNA 的分子來儲存運行的指令、以及支持這兩項機能的支架。後來因為支架與別的機能間的介面過於複雜,改以脂肪酸來黏接,雛形細胞就有了初步的概念。下一步,用人造的縮氨酸核酸(Peptide Nucleic Acid、簡稱 PNA)替代 DNA,因為科學家實驗指出 PNA 可能存在於早期的地球,地球上早期的生命,很可能以 PNA 為基礎,這當然也是 Rasmussen 試驗的一部份。PNA 除了有 DNA 的功能之外,另一個好處是可以導電,所以可以藉以驅動新代謝,使脂肪酸與 PNA 的混合體產生了生機,這樣週而復始,就啟動了地球上不存在的另一種生命:雛形細胞。

  雛形細胞的理論過於深奧,或非我們所能理解,唯 Rasmussen不走傳統、不用自然賜于的生命來改造,堅持從零做起來製造地球上另一生命品種,給科學家開拓了新的領域。他能否成功,現在言之過早,但因為他的執著投入,許多人認為他成功的機會很大。Rasmussen 說,人造生命已經不是能不能的問題,而是誰先、在什麼時候製造出來的問題了。

  Los Alamos 以製造原子彈出名,也許有一天以製造出的新生命,來彌補這個恐怖的陰影。讀者對雛形細胞有興趣,建議閱讀下面的文獻。

Critical Steps Toward Protocells

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