閒書閱讀:The Gene – An Intimate History

這本書The Gene – An Intimate History(有人暫譯“基因私密全傳”)是普立茲獎非文學類得主辛達塔•穆克吉(Siddhartha Mukherjee)醫師的新作,整本書專注在基因的歷史,仔細探索人類是如何探索和發現所謂的基因,從遺傳演化開始到未來基因體發展跟醫療的關係,目前還未有中文翻譯的版本。作者撰寫過萬病之王(The Emperor of All Maladies: A Biography of Cancer),講述關於癌症的故事,以及重新認識醫學法則:病房裡的意外發現(The Laws of Medicine: Field Notes from an Uncertain Science),為TED books系列。

作者辛達塔•穆克吉為哥倫比亞大學醫學中心腫瘤科醫師,同時也是哥倫比亞大學的教授。

這本書依照時間序列分成六個部分,分別是:

第一部分 1865-1935 The “Missing Science of Heredity “
第二部分 1930-1970 “In the Sum of the Parts, There Are Only the Parts"
第三部分 1970-2001 The Dreams of Geneticists
第四部分 1970-2005 The Proper Study of Mankind Is Man
第五部分 2015-post Through the Looking Glass
第六部分 Post-Genome

為何辛達塔•穆克吉要寫這本關於基因的書呢?很大一部分起始於他對於自己家族精神疾病遺傳史的好奇,辛達塔•穆克吉是印度裔美國人,他漫談者他家族裡的故事,以及他回印度尋親的過程,帶出關於“遺傳”這件事情,是如何深深在每個人成長過程中多少遇到,這背後慢慢引出整個探尋“遺傳”歷史的脈絡。

作者的文筆很好,帶者我重新認識遺傳這件事情在生活上是如何發生,從街頭巷尾的人們殘疾問題,到親戚常常議論的家庭等,其實在每個人生活的家族中多少有這樣的故事,第一部分從作者家庭故事帶起,在交錯者達爾文和孟德爾的故事,非常厲害的揉捻再一起!科學家開始探尋是什麼讓遺傳發生,DNA到底是什麼,而在1900年代初期,優生保健的觀念因為科學在遺傳學的進展,某種程度形塑了種族、同性戀、弱勢的歧視,甚至連德國納粹主義的興起,也是因遺傳觀念出現,為了“增加”人民素質而做出的政策,進一步跟政治摻上邊,一發不可收拾。

書本內容分享

古代對於遺傳的想法

書中的主軸是以時間序列從西元前帶到2000年初來介紹遺傳研究的進展,其中夾雜者作者的家庭故事,自古以來,小孩長得像大人這關係其實很明顯,但在研究設備和觀念不發達的年代,哲學是主要解釋生物現象的工具,比如在西元前458年的畢達哥拉斯學派,就認為男人的精子是關鍵,提供了下一代所需要的資訊,而女人只是單純提供子宮環境來養育孩子,從這里可以看得出古代混雜者社會價值觀來解釋的現象習慣,而經過一百年後,講究理性推理的亞里斯多德便發現這其中的謬誤,因為小孩也會看得出來自母親的影子,所以不可能單靠精液裡的物質,那麼應該是在性交的過程中,男人和女人同時貢獻出彼此的遺傳訊息。

博物學的年代

慢慢的人類開始有許多探索世界的科技,如航海技術、顯微鏡,另一方面,科學家開始在世界各地搜集各種奇禽異獸,並且描述其外觀,一套將各生物分類的系統變顯得很重要,在18世紀中葉,林奈(Carl Linnaeus)提出使用界、門、綱、目、科、屬、種,來將生物做分類,生物學因此有了系統性分類架構,生物間相似和相異變系統性的記錄下來,隨者發現的生物越來越多,科學家開始好齊為何生物間會有這樣的多樣性呢?為何同一屬的生物那麼相似,這是為什麼呢?而回答這個問題,便慢慢踏進了生物學的關鍵想法。

小獵犬號之旅

談到解釋生物多樣性的理論,便要介紹到達爾文,在1831年8月,年輕的達爾文剛從劍橋畢業,其指導教授John Henslow寄信問他願不願意到小獵犬號上,擔任所謂的隨船科學家,紀錄南美中所收集的生物樣本,在路途上,達爾文發現所有小島或是相隔千里的同類生物,多少都有些不同,但都侷限於當地,五年後回到英國,達爾文開始思考他觀察到的這些現象,假如這些相似的鳥類都有一樣的祖先,那麼為何會導致最後分散到各地的鳥類之嘴巴最後都有些許不同呢?經過了23年的醞釀,在1859年達爾文發表了他著名的物演論,兩個重要的觀念提出:物種之所以演化,是因為有兩個關鍵:變異和天澤的關係。這裡的變異是指單一種生物上一代和下一代都多少會有差異,而當這種差異會造成生物在不同環境中生存能力不同,就是所謂的天擇。

遺傳的最小單位

達爾文物演論之不足處便是針對變異的討論,需要介紹到另一位科學家(應該說是僧侶),其實在同一時間,孟德爾也在倫敦發表其碗豆雜交實驗的結果,其認為碗豆的子代性狀,分別來自於其授粉的雄雌代,而遵守特定的法則,且認為這必定有某些遺傳的最小單做掌控性狀,不確定達爾文是否有聽說孟德爾的發現,但相對於達爾文的學說引起學術界的盛大討論,孟德爾的發表沒有引起太多的興趣,直到1900初才有科學家重複實驗後,發現其理論奠基的遺傳學,因為稱奇遺傳學之父,而1905年科學家威廉貝特森第一次使用genetic來描述孟德爾提出的遺傳最小單位,而科學家摩根開始用果蠅的突變,來找尋各種不同性狀跟基因的對應。

三代的傻瓜已夠多

1900年初期,達爾文的物演通論和孟德爾的遺傳法則,漸漸讓人們接受性狀是會遺傳下去的,而壞的性狀也是,如智能缺陷等,同時許多科學家開始針對優生學做研究,在1927年,在美國通過了一個知名的案例史稱巴克訴貝爾案,這案件由普萊蒂醫師向法院申請,因其所主持的收容所發現一個三代女性都有智能方面的問題,所以想幫他們凍節育手術,最後通過了,而各州都開始有類似的強制性節育政策,這風氣慢慢從美洲吹到歐洲,其中尤其以德國做為代表,那時德國算是歐洲遺傳學研究的重症,許多優生學研究的科學家在推波助瀾,而納粹獲得政權後,借助這樣的風氣,把範圍擴大到政治異議份子,連手法都越來越激進,到後來集體送到集中營。這邊會讓我們知道原來科學的觀念其實也會深深影響社會中人們的想法。

DNA的外觀和組成

雖然人們對於性狀的遺傳藉由基因的觀念很可以接受,但實際上這基因到底是什麼物質,卻還是不十分理解,直到1944年,分析化學的技術較為進步,生物化學家埃弗里(Oswald Avery)萃取出細胞核中的物質,分析後認為去氧核醣核酸應該就是承載遺傳資訊的物質,也就是所謂的DNA,再過了10年左右,此時放射線造影的技術可以看到DNA的結晶結構,而華生(Watson)和克拉克(Crick)在放射線造影術的幫助下,於1953年,建構出DNA實際的結構,雙股螺旋,因此暗示實際上可能的編碼和複製之機制,從而開啟了對於DNA複製機轉相關的研究。

1970-2001黃金年代

1970年代到2001年代是生物科學發展大耀進的時期,許多技術接連發展出來,在1970年,在史丹佛讀博士的珍妮特梅茲(Janet Mertz),開始發展如何轉殖DNA片段的技術,科學家開始能研究DNA片段的功能,而到了1978年,這樣的技術開始能用來解決臨床問題,原本當時第一型糖尿病病人之胰島素,是用小牛胰島絞碎而成,基因泰克公司(Genentech),成功將胰島素的基因轉殖入細菌,能在試管中大量產生胰島素,新的製藥時代開始展開,基因泰克公司如今已經是世界上非常巨大的生技製藥公司。

人類基因體解碼

基因轉殖技術、定序技術逐漸成形,人類各種基因開始被發現,但始終沒有人類基因體全部序列的資訊,於是1990年代美國國家科學院便開始了人類基因體的計畫,希望能至少解碼人類的23對染色體序列,歷經十年,第一個人類基因體地圖在2000年的6月26號,在白宮記者會中宣布初步完成,從此人類第一次有了完整的基因資料,雖然從現今的角度看,當時的資料可能還有許多錯誤和漏洞,但已是不得了的成就。

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小說般細膩敘述重要的科學家

首先,這本書用了非常小說化的方式在描述科學家的故事,很真實地寫出科學家當時的環境和做出發現時的背景,能因此引發我們的思考這些事件發生的邏輯性,比如達爾文的故事,很深洞活潑地描述了達爾文在畢業後2個月,因為指導老師的要求,上了小獵犬號,因為小獵犬號當時徵條件為經驗粗淺的紀錄人員,剛好達爾文尚未有任何發表,所以在其他地方也找不太到工作,因此上了小獵犬號,而孟德爾則是因為牧師訓練的過程不順遂,他想要轉換跑道到教學上,所以另外去應考自然博物學,但連續兩年都名落孫山,只好維也納大學修習相關的科別,最後被分配去教學相關的職位,但因為經驗出淺,被修道院的長官要求幫忙種植碗豆,而因此開始做碗豆雜交實驗,這樣真實且坦誠的論述,作者一定的查詢許多史料,反之,卻能給我們非常全面性對於科學家當時環境的理解。

時代縮影下,重現當時的競爭,以及分析各別研究團隊之成與敗

書中關於科學家間的競爭血淋淋地寫出來,這在其他科學傳記中不常見,通常我們只介紹最後成功的人,但往往失去了當下激烈競爭的氛圍,比如克隆胰島素這項重要的里程碑,雖然目前我們只會記得基因泰克做出胰島素的克隆,但實際上,當時有來自哈佛大學諾貝爾獎得主Walter Gilbery團隊的競爭,藉由書中的描述,讓我們明白為何是基因泰克成功先於哈佛大學團隊,而原來哈佛團隊才是當時聲望最強大的隊伍,但最後反而是基因泰克這間由UCSF大學Boyer教授創辦的小公司勝出,其中因為法規和策略差異的描述很令人津津有味,而在整個科學史中往往可見這種競爭的故事,但不易被事後的傳記所記錄下來。

邏輯清楚,把遺傳觀念的探索講得如偵探抽絲剝繭地辦案

這本書是依照時間順序來描述遺傳的進展,但其最厲害的地方是會讓你如在當時的認知中,去探索人們當時只知道什麼,而在問什麼問題才得到答案的,畢竟從我們現在的眼光,基因DNA/RNA都是國中生物課本的內容,但當時的人們都要花十幾年才能回答課本一句話,藉此過程也讓我們省思當下的時代已定也是有很多帶我們發覺的問題需要我們去回答。

帶入當時的社會環境,讓人更深入體會時空背景

本書在講述歷史橫跨百年,作者很用心地都會順便帶入當時社會的文化,讓人理解當時環境下某間實情的合理與否,比如在講述做出DNA結構造影的女性科學家富蘭克林,作者會讓我們知道當時女性科學家是如何的稀有,兒富蘭克林有如此成就是如何辦到的。

 

延伸閱讀:
What we are reading:基因私密全傳
立場新聞書評 周達智
科學網 邵鵬
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GENE123 轉錄自得到 聽本書

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