從達爾文到拉馬克：太陽底下真的沒有新鮮事嗎？
106/01/23
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周成功｜
陽明大學微生物及免疫學研究所（演講人）
達爾文的演化論背後有一個假設：群體中個別的變異是隨機產生的，經過環境的天擇之後才脫穎而出。1943 年 Luria 和 Dulbruck 共同設計了一個實驗証實了這一點。個體對環境的應對經驗真的不能遺傳給後代嗎？1988 年Carins 對 Luria-Dulbruck 的實驗結果提出挑戰，到今天許多表觀遺傳學的研究結果告訴我們拉馬克的想法似乎也有些道理。在生物學裡，太陽底下每天都有新鮮事發生！
「所有的科學不是物理學，就是在集郵。」著名物理學家拉塞福的名言，確實反應出科學經常會長時間沒有重大進展的處境，而許多生物學家認為這句話裡的「科學」，指的就是生物學。生物學是如何藉助物理學，達到劃時代的突破與進展呢？而這些突破與進展是不是就這麼無懈可擊呢？
講演綱要（撰文｜高英哲）
達爾文的《物種源始》，毫無疑問是生物學史上劃時代的里程碑。他十分強調個體變異的重要性，並且提出了個體變異經過遺傳與天擇，形成演化的過程。然而對於生物為何會產生個體變異，他在書中倒是很老實地承認他沒有什麼概念，一直要到湯瑪斯．杭特．摩根（Thomas Hunt Morgan）用果蠅研究遺傳突變，才確定了生物產生個體變異的機制。這中間將近一百年的時間，生物學可以說沒有什麼重大的突破。
達爾文跟拉馬克其實都接受生物會產生變異的事實，差別在於拉馬克認為變異是生物在遭遇環境挑戰下因應而生的，達爾文則認為突變在天擇過程之前就已經存在。問題是我們要怎麼樣透過實驗，證明他們誰才是對的？這個問題由馬克斯·德爾布呂克（Max Ludwig Henning Delbrück）解決，他與薩爾瓦多·盧瑞亞（Salvador Luria）共同設計出一個波動試驗（fluctuation test），證明細菌對病毒的抵抗力，是來自隨機突變，而不是適應上的變異。
德爾布呂克能夠做出這個突破性的實驗，並非出於偶然，而是因為他原本就不是一個傳統的生物學家。他用物理學的角度來思考生物問題，在大家都還搞不清楚基因是什麼東西組成時，就用伽馬射線照射的實驗結果，認為基因應該是由幾千個原子組成的。這個說法令薛丁格大為讚賞，並促使他在數年後寫下影響生物學甚鉅的著作《生命是什麼？》（What is Life?）；日後克里克跟沃森發現 DNA 的雙螺旋結構，受到這本著作的啟發甚多。
並不是所有人都認為既然德爾布呂克做出了成功實驗，達爾文跟拉馬克對於生物產生個體變異的不同見解，從此就有了定論。有位名叫約翰·凱恩斯（John Cairns）的生物化學家，認為在德爾布呂克的實驗中，病毒馬上就把沒有適應力的細菌殺死了，並沒有給細菌足夠的時間適應，產生出可以遺傳給下一代的變異；他設計了另外一個含有半乳糖的實驗環境，讓細菌不會馬上就被病毒殺死，結果似乎反而證實了拉馬克的看法。他的實驗論文當時在科學界喧騰一時，直到十年後才有研究指出，生物的個體變異仍然是隨機產生的，凱恩斯所做看似支持拉馬克論點的實驗結果，其實只不過是細菌在惡劣的生長環境中，加速自己產生突變的結果。
所以達爾文終究得到了最終的勝利，太陽底下當真沒有新鮮事嗎？就在去年，一篇發表於《自然》期刊的研究發現，在實驗中給老鼠刺激，使牠們養成的制約反應，竟然可以透過遺傳，留傳到下一代身上，甚至有出現遺傳到第三代的案例。看來再怎麼樣大家認為理所當然，著毋庸議的事，有朝一日還是有可能遭到挑戰甚至顛覆，太陽底下永遠會有新鮮事的。
臺灣大學科學教育發展中心（NTU CASE）主辦
本講演蒙臺大科教中心慨允轉載，謹此致謝。
