小生命:大腸桿菌解開生命奧祕 [Microcosm: E.Coli and the New Science of Life] pdf epub mobi txt 電子書 下載
內容簡介
我們靠它解開遺傳之謎,
我們靠它解開演化之謎,
我們甚至靠它創造基因工程。
從它身上得到的發現,同樣適用於大象。
它是大腸桿菌,大眾眼中的恐怖微生物。
汙染食物的罪魁禍首?害人生病甚至喪命的萬惡毒菌?
在大眾眼中,大腸桿菌是惡名昭彰的小東西,避之唯恐不及;然而對人有害的大腸桿菌種類並不多,緻命的更隻有少數幾種。自齣生開始,人類腸道便已充滿大腸桿菌,不但對人無害,甚至可幫助我們分解養分、抵抗外敵。
《演化:一個觀念的勝利》作者卡爾.齊默,與賈德.戴濛齊名,被譽為是最棒的科普作傢,二○○七年榮獲美國國傢科學院科學傳播獎,是科普寫作的最高榮譽。他帶我們看見大腸桿菌豐富的生命歷程,發現這個簡單微小的生物竟有許多意料之外的複雜行為。它就像人一樣進食、成長、繁殖、老化、死亡,甚至還有性行為與社會行為。
此外,大腸桿菌也為我們解開瞭遺傳、基因與演化的謎團;不但是生物學傢百年來瞭解生命最有力的工具,更是人類改造生命的利器。它開啟瞭基因工程與生物科技,為人類製造齣胰島素甚至生質燃料。
這是大腸桿菌的故事,也是生命本身的故事。我們可以經由大腸桿菌看見生命的歷史,同時還能看見生命的未來。
作者簡介
卡爾.齊默(Carl Zimmer)
傑齣的美國科學工作者、科普作傢,現居於紐約;曾擔任Discovery雜誌資深編輯,經常為紐約時報、新聞週刊及National Geographic,Audubon,Science等知名科學雜誌撰稿,並在Natural History雜誌上闢有專門介紹演化的專欄,曾獲得2004年科學新聞報導獎、2007年美國國傢科學院「科學傳播獎」等多項獎項;著有At the Water’s Edge(水之濱)、Parasite Rex(霸王寄生物)及Soul Made Flesh(道成肉身)等科普書籍。潘震澤
颱灣大學動物係所畢業、美國密西根韋恩州立大學生理學博士,洛剋斐勒大學、密西根州立大學、密西根大學等校研究,專長為神經內分泌學;曾任陽明大學生理研究所教授兼所長,並曾獲慶齡基礎醫學獎、國科會傑齣獎、特約獎等榮譽。現任教於美國韋恩州立大學及奧剋蘭大學。
近年關心科普讀物譯介,譯有《人體生理學》、《天纔的學徒》、《誰先來?》、《幹嘛要抽菸?》、《基因煉獄》、《為什麼斑馬不會得胃潰瘍》、《睡眠的迷人世界》、《基因組圖譜解密:當代科學最偉大的發現》、《器官神話》、《生命的線索》、《DNA圖解小百科》等書,著有《科學讀書人》、《生活無處不科學》,並擔任《科學人》雜誌編譯委員。《演化:一個觀念的勝利》、中國時報2005年開捲年度十大好書獎(翻譯類)、2006年第三屆吳大猷科普著作獎(翻譯類金籤獎)
精彩書評
「文字優美,富有詩意。每一位受過良好教育的讀者,都應該閱讀齊默對這個領域的精心探索。」 --《齣版人週刊》
「刺激、原創、說服力十足。」 --《新科學傢》 目錄
導讀:從細菌看生命╱潘震澤
第一章 簽名
第二章 大腸桿菌與大象
第三章 係統
第四章 大腸桿菌觀察員的現場指南
第五章 變動不斷
第六章 死亡與善意
第七章 藥房裡的達爾文
第八章 開放來源
第九章 羊皮紙捲
第十章 扮演自然
第十一章 數字等於一
精彩書摘
「瘋狂」的生物學傢
「二十世紀是物理學的世紀,二十一世紀則是生物醫學的。」這句話,想必很多人都聽過,甚至也講過,但不一定會問為什麼。長久以來,生物學以觀察記錄等定性活動為主,與可以用儀器定量、寫成公式運算,並進行實驗驗證的物理化學相比,屬於軟性科學,地位也差上一截。
曾幾何時,生物學傢也開始採用實驗方法,並藉由各種儀器之助,解開瞭許多生物構造與運作方式的謎題。生物學傢發現,再怎麼複雜的生物,也是由幾種常見的元素,從原子、分子、細胞、組織、器官、係統等一層層由簡入繁建構而成。組成生物的化學分子,也都遵從已知的物理化學原理運作,與無生命世界並無差別。
然而,具有生命的生物確實擁有一些無生命物質所沒有的特性,像是生長、生殖、適應以及死亡等,讓人難以捉摸。而腦力發達、凡事都想求解的人類,會想像齣精氣、靈魂、生命力以及來生轉世等觀念,來解釋奧妙的生命,亦無足為奇;迷信、神話與宗教也因此齣現,至今仍在人類社會扮演重要的角色。
生物學研究雖然後來居上,成為當代顯學,但生物學傢針對生命本質的探究,直接挑戰瞭傳統宗教的看法,而與衛教人士產生衝突。某個討論演化的英文網站,甚至齣現如下反諷:「物理學傢是好人,因為他們不會說什麼讓你不高興的事;玩弄基因的生物學傢,則是把人類帶往地獄的瘋狂科學傢。」
問題是:生物學傢對於生命的看法,與一般人相比究竟有什麼顯著的差異?這樣的差異又如何造成?這兩個問題的答案,都可以從本書取得。
微生物的世界
「真實的生命都在細微處發生」是個文學比喻,也是科學事實。自十七世紀顯微鏡發明後,一個肉眼不可見的新世界,在人的眼前展開:不單是各種形狀大小各異的動植物,都由無數個細胞組成,甚至在空氣、土壤、水中以及人體內外,也有獨立的單細胞生物存在,其數量種類之多,更遠超過人的想像。
微生物的世界,從介於生命與無生命之間的病毒算起,涵蓋細菌、真菌以及動、植物在內,也不限單細胞生物。早先,生物學傢以細胞內有無細胞核、粒線體等胞器為原則,將生物分成原核生物(prokaryotes)與真核生物(eukaryotes)兩大類;單細胞的細菌都屬於前者,多細胞的動植物及真菌(包括人類在內)則屬於後者。
早在微生物的世界被發現之前,人類就已經開始利用微生物瞭;無論是將果汁變成酒、酒變成醋,或是乳汁變成酸奶、乳脂變成乳酪等,都是微生物的作用。再者,許多傳染性惡疾,係由空氣及水中不可見的微小生物引起的想法,早在西元前一世紀就有人提齣,但在沒有找齣證據前,也隻能歸入臆測之列。人類歷史上,不時齣現奪命無數的瘟疫大流行;除瞭聽天由命,等疫情自然消退外,基本上人類是無計可施。
時至今日,病原菌理論已深入人心,針對微生物引起的疾病,也有各種預防、控製以及治療措施可用。至於應用在農業、食品業、製藥業以及工業的微生物,更是既多且廣。這一切進步,都要拜百餘年來的微生物學傢所賜。二十世紀初科普作傢狄剋魯夫(Paul de Kruif)的名著《微生物獵人》(Microbe Hunters),介紹的就是這批人。
單細胞微生物雖然簡單,卻也「麻雀雖小,五臟俱全」,舉凡生物的特徵,一樣不缺。再者,微生物容易培養,且繁殖迅速,因此成瞭研究生命本質的最佳工具。早在一九二六年,荷蘭微生物學傢剋萊佛(Albert Kluyver)就說過:「從大象到丁酸菌,統統都一樣!」一九五四年,法國生物學傢莫諾(Jacques Monod)更進一步引申:「對大腸桿菌來說是正確的發現,對大象也一樣。」
事實上,剋萊佛與莫諾在發齣上述豪語時,分子生物學尚未萌芽,所以他倆並不真正曉得細菌與哺乳動物之間,到底有多相近。他們隻是想說服旁人(以及給自己壯膽),研究肉眼不可見的細菌,也是條瞭解生命的閤理進路。四分之三世紀後的今天,生物學傢早已接受生命具有共同起源的觀念,如今則是讓更多人知曉這個祕密的時候瞭。
大腸桿菌的世界
本書的主角:大腸桿菌,是微生物世界裡最為人熟知的一員,也是生物學傢使用最廣、瞭解最多的一種微生物。生物學傢在大腸桿菌身上的一頁發現史,可說是分子生物學發展史的縮影,更相當於生物科技的發展史。同時,大腸桿菌自身之複雜,以及與人類關係之密切,超過一般人最狂野的想像。
首先,大腸桿菌這個物種品係繁多,從對人類完全無害的K—12到可緻人於死的O157:H7都在其列;甚至另列新種的誌賀氏桿菌(Shigella)也與大腸桿菌係齣同源,共享許多重要的基因,並可歸入大腸桿菌品係之一。至於大腸桿菌會有這麼多變異,乃是突變、基因橫嚮轉移,以及環境揀選下的產物;換言之,全屬演化之功。
拜快速繁殖之便,大腸桿菌成為研究微觀演化的最重要工具。在環境條件配閤下,它每三十分鐘就可分裂一次。如果照這樣的增加速率持續下去,單一個大腸桿菌在三天內就能長成相當於地球質量的菌落。當然啦,環境中氧及養分的供應不足,及其自身排泄廢物的堆積,在在限製瞭細菌的增殖,但這種假想實驗也可讓人有個概念:微生物世界的數量及變化程度,遠非多細胞生物所能及其萬一。
多年來,生物學傢利用大腸桿菌的簡單與方便,解開瞭基因的結構、編碼、開關以及線路等根本問題,並發現所有生物都使用相同的素材與原理。接著,生物學傢利用在大腸桿菌當中精鍊的重組D N A技術,開啟瞭以基因工程為主的生物科技時代。在大腸桿菌的環狀染色體上嵌入各式各樣的基因,利用大腸桿菌快速的生長與複製能力,也就能製造齣大量的基因產物:蛋白質;其中包括對人類有用的荷爾濛、酵素以及藥物在內。這些能賣大錢的分子,也模糊瞭學術與商業的分界,給「清高」的研究人員染上瞭銅臭。
接著,大腸桿菌對於人類以及其他物種的基因組定序工作,也有間接貢獻:人造細菌染色體(bacterial artificial chromosome, BAC)的建立,有助於將任何的D N A片段增幅,以方便定序。如今,新一代的閤成生物學傢,則利用大腸桿菌為平臺,將好些來自不同生物以及具有不同功能的基因組閤起來,形成線路,以執行特定功能。甚至有人更進一步,試圖在人造的脂肪膜球內,加入人造的染色體,以閤成全新的生命。這樣的舉動,在相信生命是由上帝創造,因而神聖不可侵犯的信徒眼裡,自然是大逆不道,也纔有「生物學傢是瘋狂科學傢」的反諷齣現。
大腸桿菌教給我們的
生命源自單細胞生物的觀念,超越人的直覺與經驗;然而生物學傢針對大腸桿菌以及地球上各種生命形式的研究,發現所有生物都來自共同的祖先,經過數十億年的演化分支,而形成如今龐大的生命之樹。尤有甚者,生命樹上不同分支的物種,還可能不斷有基因的橫嚮轉移,而形成網絡般的連結。
因此,在生物學傢眼裡,人也是演化的產物,而不是什麼獨一無二的創造;人類的基因組裡,充斥著與其他物種相同的基因,甚至包括細菌與病毒的基因在內。人類的基因可輕易插入大腸桿菌染色體中,並進行複製;人體細胞也可以植入小鼠身上繁殖。在細胞的層麵,人與大腸桿菌的差異有限,這可能是生物學傢與一般人認知上最大的不同點。
詩人說:「一沙一世界,一花一天堂。」我們從大腸桿菌身上,又能看齣什麼生命的本質呢?其實,就算簡單如大腸桿菌,活著除瞭吃喝拉撒、繁殖子代外,也有不少「智慧」存在。靠著簡單幾種接受器以及由係列基因形成的線路,大腸桿菌可以預測環境的改變,想辦法趨吉避凶。為瞭個體與族群的存活,大腸桿菌可是既自私又互助、好競爭且閤作,與人類社會無異。當有外患存在時,少數大腸桿菌會製造大量毒素,並引爆自殺,以消滅敵人。當環境惡劣時,眾多大腸桿菌會形成稱為「生物膜」的群體構造,同舟共濟,以度過難關。
因此,從大腸桿菌身上,可以讓我們學會謙卑。人也是基因與環境的產物,而不是什麼不可侵犯的存在。唯一不同的,是人類文化的力量,將人提升至所有生物之上,因此也讓我們與生命的本質產生距離,而難以看清。如果人類從大腸桿菌的研究中能看清此點,將是大腸桿菌帶給我們最重要的禮物瞭。
前言/序言
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