新生物基因研究,該如何改寫達爾文的演化論?

書名:《纏結的演化樹》
作者:大衛.逵曼(David Quammen)
出版社:貓頭鷹/城邦文化
出版時間:2022年7月7日
書名:《纏結的演化樹》
作者:大衛.逵曼(David Quammen)
出版社:貓頭鷹/城邦文化
出版時間:2022年7月7日

文/大衛.逵曼(David Quammen)

推翻達爾文的那棵小樹吧!!

渥易斯和戈登菲爾德在他們合作的十年間寫了許多論文,其中最重要而且最引人注目的,是關於遺傳密碼的起源。這篇論文的作者中,還有一位年輕的物理學家韋西吉恩,論文發表於二○○六年,再度提出渥易斯在他一九六七年的書中努力想解決的主題。論文有一個激進的命題:所謂的密碼普遍性,也就是說「所有生物都使用相同的三字母DNA組合,代表相同的氨基酸」,其實反映了生命早期歷史中的動態演化過程,而不是如克里克所說的,是一次可以追溯回祖先時代,發生在一小群共同祖先中的「凍結的意外」。該命題在論文中有電腦模型和大量數學推論的支持。

動態過程涉及「非達爾文」機制,因此不同譜系之間的創新共享是有可能的。不僅可能,這種共享能力還十分有利甚至成為必要。他們認為,這些「非達爾文」機制中包括了水平基因轉移,這個現象發生的程度甚至比之後的時期「更加氾濫和普遍」。根據這個觀點,即使供體生物仍使用略為不同的密碼,水平轉移的基因對受體可能還是有價值的。這種轉移盛行的結果,形成了一套單一的編碼和轉譯模式。有了統一的密碼,就能夠將來自某個譜系生物的基因,最佳化應用於另一個譜系的生物身上。根據韋西吉恩、渥易斯和戈登菲爾德的說法,水平基因轉移不僅僅是一種古老而普遍的現象;它還是早期演化的主要因素之一,塑造了我們所知的生命,以及所有生命賴以建構的訊息系統。

一年後,另一篇值得一提的「戈登菲爾德-渥易斯」合著出現在《自然》期刊上,標題為〈生物學的下一場革命〉。文章篇幅只有一頁。兩位作者說,論文的目的是要解釋為什麼在新思維和「即將到來的巨量基因體數據」的催化下,一場澈底的變革會很快席捲整個科學界,並可能迫使生物學家修改他們的一些基本信條,包括物種、有機體和演化本身的概念。他們的解釋從水平基因轉移開始。

「在微生物中,水平基因轉移無所不在而且力量強大。」戈登菲爾德和渥易斯寫道,並承認(渥易斯先前不願意承認)這不僅僅是發生在遙遠過去的事情。「現有研究強烈表明,微生物會根據情況需要而吸收和捨棄基因,以回應所處的環境。」兩人論述,由於基因的流動性,「物種」的概念在細菌和古菌中毫無用處。隨著基因橫向流動,訊息跨越邊界,能量透過群落和環境從細胞向上流動,「有機體」作為一個單獨生物或獨立個體的概念,似乎也不那麼具有效力了。

然後是我們熟悉的達爾文式的「演化」,那似乎也過時了。他們的想法是:演化創新可能透過累積突變以外的方式發生,也會透過垂直遺傳以外的方式傳播。他們宣稱,這樣一來達爾文的演化模式就有問題了。渥易斯一直在閱讀一些出色而非傳統科學思想家的作品,例如生物學家考夫曼和物理學家普里戈金,以及他們所提倡的「混沌和複雜性理論」。他們主張某些不可預測卻又複雜、令人詫異的「突現性質」,可能在複雜的交互系統中自發產生。特別是考夫曼,在《秩序的起源》和《宇宙為家》等書中,提出「自我形成組織」的現象,有可能出現在生物系統中。對一些生物學家來說,這些想法似乎是危險的,一旦被誤解,肯定會再次為神創論者提供支援,用以否定達爾文的理論。然而對求知若渴的渥易斯來說,它們很有吸引力。

(圖/unsplash)

戈登菲爾德和渥易斯寫道,在充滿混亂的RNA世界中的某處,一個「運作系統」可能已經自發形成,在此之上,一套更可靠、更新,可以交流和應用的RNA自我複製機制,才終於從原本充滿隨機錯誤的舊系統改進而成。他們所影射的,是最終在細胞中看到的轉譯系統,可以將RNA訊息轉化為可用的蛋白質。該機制的核心是核糖體,而核糖體的核心是渥易斯心愛的16S核糖體RNA分子。這個想法導向另一個想法:早期生命以戈登菲爾德和渥易斯所說的「拉馬克式」演化,意味著就後天特徵的遺傳而言,垂直遺傳不如水平基因轉移重要。「因此,我們認為傳統意義上,把達爾文的名字與演化連結有待商榷,因為其他模式也必須納入考量。」這是粉飾過的辭令,本意是:讓我們把達爾文的聖像從神殿的立柱上拉下來吧。達爾文可能並非全錯,但是他的理論未能涵蓋最初的二十億年。

●本文摘選自社出版之《纏結的演化樹》


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