基因組圖譜解密(BE0085)──當代科學最偉大的發現
Cracking the Genome : Inside the Race to Unlock Human DNA

類別： 自然‧科普‧數理>科學
叢書系列：NEXT
作者：凱文‧戴維斯
       Kevin Davies
譯者：潘震澤
出版社：時報文化
出版日期：2001年07月23日
定價：350 元
售價：276 元(約79折)
開本：25開／平裝／360頁
ISBN：9571334510

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▼  書摘 1

第一章　雙螺旋武士

50 年前，我們對於遺傳物質是什麼，仍近乎無知，今天我們卻能想望得到人類的完整遺傳藍圖，豈非有如奇蹟？

1986 年 3 月 7 日出版的那期《科學》（Science）雜誌中，沙克研究院院長。義大利裔的諾貝爾獎得主杜貝可（Renato Dulbecco）撰文鼓吹，美國應該要展開一項巨大的生物計畫，決定出某種生物全部的基因組序列，這樣才能了解引起癌症的遺傳變化。杜貝可強調只有大規模的計畫，而不是東一點西一點的做法，才是這場對抗癌症的戰爭中最佳的推進之道。早在一九七一年，當時的尼克森總統就提出要對癌症宣戰。至於將完整基因組定序的計畫，對所有疾病的研究都很重要，不只是對癌症而已；同時最合理的出發點，就是人類的基因組。經由有系統地決定人類 DNA 上 30 億個字母的順序，科學家將能夠知道人類所有的十萬個基因（譯注：當時相信的數目），也就是攜帶製造體內蛋白質指令的遺傳密碼所在。杜貝可文章最後的幾句話，到今天仍然能引起共鳴：

這個計畫的重要性，可以與人類征服太空的努力相提並論，也應該以相同熱烈的精神執行。如果這個計畫能在全球性的合作下進行，就更吸引人了，因為人類 DNA 的序列，是我們這個物種最實在的東西，這個世上所有發生的事，都是靠著這些序列而來的。

杜貝可這篇文章對於另一位諾貝爾獎得主哈佛的吉爾伯特，把這項計畫稱為追求生物學的「聖杯」，提供了前所未有的強力支持。幾個月前，吉爾伯特在加州大學聖塔克魯茲分校校長辛斯海默（Robert Sinsheimer）所主辦的一場研討會中，提出這項出名的宣言。該研討會的目的，在討論成立一所 DNA 定序研究院的可行性。吉爾伯特將該次會議作一總結，如是寫道：「人類基因的整個序列是人類遺傳學的聖杯……對於人體功能每個層面的研究，都是無可比擬的工具。」

現代科學裡有許多分支，都用上聖杯這個比喻。對物理學家來說，他們的聖杯是找到物質最基本的組成之一。生物物理學者認為他們的聖杯，是從蛋白質一度空間的鏈狀序列結構，就能預測整個三度空間的構造。化學家則提出他們的聖杯，是創造一個高度穩定的人工元素。

因此，聖杯成了人類基因組計畫流行且耀眼的象徵；但一些像哈佛大學遺傳學家樂翁亭（Richard Lewontin）的評論家，對此卻表示不解。樂翁亭在 1992 年寫道：「這種講法明白顯示這些人與現行宗教的隔閡。我們的科學社群裡充斥著東歐的猶太裔及無神論者，居然會把中世紀基督教一件最具神秘色彩的物件，作為其中心隱喻。」樂翁亭嚴厲批評那些具有 DNA 戀物癖者，以及「現代十字軍的傳教熱誠，和新聞界應聲蟲一再傳播的無知。」依樂翁亭之見，這種做法已經把 DNA 從一個惰性分子，化身為生物決定論的藍圖、人類的使用手冊。的確，「人類藍圖」是基因組計畫另一個常見、較世俗化的比方，也遭受了一些批評，像是《生命的另一秘密》（Life掇 Other Secret）一書作者史都華（Ian Stewart）所言：「基因與工程藍圖是不一樣的兩回事，它比較像是食譜，告訴我們要用什麼作料，用多少量，以什麼順序加入；基因可不提供最後產品完整正確的細節。」

瑞德利（Matt Ridley）在他的《基因組》（Genome）一書中，也拒絕使用藍圖一詞，來形容人類的基因組；部分原因是兩度平面空間的地圖，對於一度空間的數位密碼來說，是差勁的類比。其實基因組更像是「一本大書，一份長的不得了的食譜。」

或許對於基因組計畫最好的比方，是由該計畫領導人之一，懷海德研究院的蘭德所提出的，他將基因組計畫與化學元素的週期表相提並論。化學王國裡週期表最主要的製圖家，是一位才智出眾的俄國化學家門德列夫（Dmitry Ivanovitch Mendeleyev）。他生於西伯利亞的窮困之家，14 個孩子中最小的一位。從青年時代起，門德列夫就對於了解元素的物理性質著迷。才三十出頭，這位高大微駝，面貌近似僧侶拉斯普丁（Rasputin）的男子，已是聖彼得堡大學無機化學的教授；他立志要了解不同族群元素間原子層面的關係。這個問題之前已經有些進展，例如英國化學家紐蘭（John Newlands）已注意到，不同的元素可以根據它們的化學及物理性質，分成 8 個不同的族群，1 號元素與 9 號相近，2 號則與 10 號，以此類推。

紐蘭的「八進位法」相當受到輕視，一位同期的人建議他，不如照字母順序排列，運氣可能還好些；但是門德列夫卻看出當中類似的形式。他是單人牌戲的愛好者，於是把已知 61 個元素的名字及性質分別寫在白紙卡上，然後根據元素的原子量、自己的研究結果、計算，與同事信件來往的內容，以及他自己以五種語言寫就的大量著作，將卡片排成行及列。 1869 年 2 月的一天夜裡，門德列夫作了個夢，夢裡看見已知的元素都排在一張表上。

1869 年 3 月，門德列夫在蘇俄化學學會一場會議中報告他的論文：「元素的性質與原子量之間的關聯」。之後不久，他應英國化學學會之邀，在地位崇高的法拉第講座演講。主辦單位致贈了一個以俄國國家色彩裝飾的小絲袋給他，裡頭是演講費。門德列夫將金幣撒在桌上說：「我不能想像自己為了心愛的工作，而接受酬勞，尤其是在紀念法拉第的神聖廳堂裡。」後來學會送了一對刻了名字的花瓶到蘇俄給他。

雖然門德列夫已經有元素的原子量作為指引，但直覺告訴他有不一樣的排列時，他卻有信心不怕另闢蹊徑。更讓人佩服的是，如果他覺得還有沒被發現的新元素存在，會在表中保留空檔。果不其然，後來發現的三個元素：鎵（gallium）、鍺（germanium）、鈧（scandium），性質與當初門德列夫所預估的完全相同，因此說服了同行，他的週期表確實是化學世界的真實圖象。

1955 年，他過逝後近 50 年，門德列夫獲得化學家最大的榮譽，可以說比諾貝爾獎更甚：科學家將週期表上人造的第 101 個元素，一個半衰期甚短的放射性元素鍆（mendelevium），以他為名。因此這位俄國化學家，加入了愛因斯坦、諾貝爾及費米等少數人的行列，具有以自己為名的元素。

門德列夫的週期表成了化學界最重要的像符，也有人說是工業時代最重要的工具。因此對於生物學的基礎來說，想要找個對等的物件，並不是不合理；何況根據牛津大學化學家威廉斯（R.J.P. Williams）的說法：「生物學是在尋找能產生作用的化學。」蘭德對於兩者相提並論，有如下高見：「人類基因組計畫的目標，是要建立生物的週期表，裡頭不是 100 個元素，而是 10 萬個基因；形狀不是代表原子價的長方形，而是樹枝狀，顯示人類各個基因之間，親緣及功能的親疏關係。」

完整的人類基因序列，將能顯示所有人類基因的基本性質，並將它們的功能及相互關係，整合成一幅完整的人類生物以及演化的神奇圖畫。正如 130 年前，門德列夫、紐蘭及其他人定下化學的基本建材，生物學也正面臨大一統的邊緣。正如化學家可由特定的質量及電荷，認出各個原子來，生物學家也將利用基因晶片及其他的新技術，從數以千計的不同基因中，辨識出個別的基因。

但如克立克所指出的，兩者間有個相當重大的不同點。週期表中所涵蓋的，是真正放諸四海皆準的原則，強調化學物質的性質不管在宇宙何處，都不會變。但如果其他星球也有生命的話，就沒有什麼理由相信，他們的遺傳密碼一定會遵照地球上的形式，因為就我們所知，機率在生命的起源中，占了主要的角色。

將基因序列與元素週期表拿來相比，是一項優美的類比，但真正的用處卻很有限。拿更世俗一點的比方，人類的基因組其實是一份龐大的零件表，像一架波音 777 的噴射機就約有十萬個零件。但蘭德指出：「一張零件總表，並不會告訴你怎麼樣把它們給裝起來。」人類基因組的定序終究會讓我們曉得其中五到十萬個主要組成是什麼，促使醫療實務有驚人的進展；但是曉得所有的基因是什麼，並不會告訴你人的心智及身體是怎麼運作的。