文字

繁 | 简

Promo 環境生態科技能源自然生態

破解基因功能，創立臺灣水稻突變種原庫──「水稻教母」余淑美

研之有物│中央研究院・2020/08/17 ・3361字・閱讀時間約 7 分鐘・SR值 538

・八年級

相關標籤：

熱門標籤：

國民法官生存指南：用足夠的智識面對法庭裡的一切。

本文轉載自中央研究院研之有物，泛科學為宣傳推廣執行單位。

採訪編輯｜張容瑱；美術編輯｜林洵安

2012 年當選第 29 屆中研院院士的余淑美，以水稻基因研究享譽國際，成就包括：全世界利用農桿菌轉殖水稻基因的第一人、建置「臺灣水稻突變種原庫」、探討植物缺糖或缺氧等抗逆境發育的分子機制 ……，歐美日等國際專利更達二十多項，讓臺灣水稻研究在國際舞台綻放光采！一起來聆聽「水稻教母」余淑美院士的故事。

「這是真的植物，看不出來吧？」余淑美指著辦公桌角落生長旺盛的鱗毛蕨盆栽，自豪地說：「很多人都以為是假的，你看我養得多漂亮！」

她是中研院院士，撐起臺灣水稻基因研究的一片天，讓臺灣水稻研究在國際舞台上發光又發熱。但一說起自己養的植物，眼底仍閃爍如孩童般熱情光芒。

余淑美的祖父母、外祖父母都務農，童年總在稻田間奔跑嬉戲，對於水稻有一份特殊的感情：「稻田一年四季有豐富的變化，看到一片一片的稻田就非常愉快。」現在，水稻更成了她一輩子研究的對象。

余淑美，中央研究院院士、分子生物研究所特聘研究員，以研究水稻基因而聞名，在學界素有「水稻教母」之譽。
圖片來源│余淑美

既然考上北一女就去唸吧！余爸爸埋下的關鍵種子

1952 年次的余淑美，出生於臺中鄉間。在那個「重男輕女」的年代，傳統家庭認為女孩子沒必要接受教育，早點工作賺錢才實際，更何況她是家中的長女，打七歲起就要幫忙母親照顧弟妹，包辦所有家事，還得挑菜到街上叫賣，貼補家用。

但余淑美成績一直很好，國中畢業後，同時考上了北一女和臺北商專。但顧家的她暗自打算：「如果唸商專，畢業之後很快就能找到工作吧。」一心想幫忙分擔家計的余淑美打算選擇商專，放棄高中。

余淑美（右一）小學六年級與弟妹合照。她是家中的長女，打七歲起就要幫忙母親照顧弟妹，包辦所有家事。
圖片來源│余淑美

所幸，余淑美的父親認為不管男生女生，受教育都很重要。雖然他承擔著一家七口的生活重擔，卻鼓勵她：「既然考上北一女，為什麼不去唸，將來好考大學？」

在父母親的支持下，余淑美自己也爭氣，成為全家族第一個讀大學的人，余爸爸實為臺灣水稻基因研究埋下關鍵種子。

由植物病蟲害轉行，踏入分子生物新世界

但在研究水稻基因前，余淑美其實是一位植物病蟲害學家，直到博士班畢業後才毅然「轉行」。

在臺灣中興大學完成大學和碩士學業之後，余淑美赴美留學，攻讀博士學位，此行為她開啟國際級的研究眼界。1984 年，她博班畢業，正值分子生物學興起，余淑美洞察這是將來的主流趨勢，毅然決然從傳統植物病理學「轉行」到分子生物學。

但這一轉，她幾乎整個打掉重練！余淑美來到紐約冷泉港實驗室以及羅徹斯特大學生物系擔任博士後研究員，從最簡單的分生技術學起，一步一腳印，緩緩走進分子生物學的新世界。

1988 年，她加入康乃爾大學吳瑞教授的研究團隊，正式開始三十年的水稻基因研究長征。吳瑞教授的實驗室是當時全世界水稻分生研究的第一把交椅，發展出利用基因鎗轉殖水稻的技術，啟蒙余淑美在水稻分子生物學的研究方向，直到如今。

吳瑞教授（1928～2008 年）是中研院第 14 屆院士，於 1989 年回臺灣擔任中研院分生所籌備處主任，1998 年也協助成立中研院生物農業科學研究所（現在的農業生物科技研究中心）。
照片來源│余淑美

為什麼要研究水稻基因？世界人口急速增加，耕地不增反減，再加上氣候變遷，傳統的作物雜交育種和栽種方式已經跟不上人口的增長，只能靠基因轉殖、農業生技才能餵飽全世界。

吳瑞院士致力於以基因轉殖提升水稻抗逆境的能力、增加產量，造福家國世界，是余淑美心中的典範。

對抗糧食危機，水稻基因研究成為下一代農業科學的必然之路。

因此 1988 年底，當余淑美返臺到中研院工作，仍以水稻基因為一生懸命的研究主題。

破解水稻基因，創立臺灣水稻突變種原庫

2000 年左右，由日本主導的「國際水稻基因體定序計畫」已進行得差不多了（臺灣負責第 5 條染色體的定序，主要由中研院植物暨微生物學研究所負責），接下來研究的主流便是破解水稻的基因功能。

「以一本字典來比喻，先把所有的英文單字照字母次序排列起來，知道有 apple、book 這些字，但是還不知道這些字是什麼意思，」余淑美解釋：「接下來就是要註解出 book 是書、apple 是蘋果，字典才算完成。」

基因定序，就是要把所有基因在染色體上的位置及次序正確訂出，如同在一條街上每間房子的門牌，每個基因都有一組「門牌號碼」。

水稻基因定序後，接下來就要研究每個基因有什麼功能，怎麼運作，如何調控生物發育與行為。如此一來，水稻基因體這本「字典」才真正完成。

為此，余淑美說服當時的中研院院長李遠哲及副院長陳長謙，爭取經費和空間，勞心勞力整合國內各個單位，改良她與學生詹明才博士（現為中研院農生中心研究員）開發的農桿菌轉殖技術，建立「臺灣水稻突變種原庫」。

這個種原庫不但成為國際水稻基因功能研究的重要資源，提升了臺灣農業生物科技的國際地位，她也因此獲得蓋茲基金會的青睞，獲邀參與「國際 C₄ 水稻計畫」（請見研之有物另一篇好文「打造超完美稻米，餵飽全世界！余淑美與國際 C₄ 水稻計畫」）。

成功的祕訣：能力、興趣加上努力

回到臺灣做研究三十多年以來，余淑美已找到二十多種讓水稻抗逆境、提高產量的重要基因，成就斐然。說到成功的祕訣，她認為：「每個人際遇不同，適合不同的工作。除了能力之外，要有興趣，然後一定要努力，」她歸納說：「能力、興趣加上努力，一定會成功。」

在努力打拚的時候，要用心、細心、有耐心，她叮嚀說：「用心就是把心思聚焦在工作上，細心就是不能出錯，耐心就是不怕困難。」

至於「性別」是否會造成限制？尤其孩子仍小的時候，她如何兼顧家庭與事業？獲頒最佳創意女科學家獎、臺灣傑出女科學家獎的余淑美認為，首先歸功於一位尊重她的專業、也能與她分工的先生—中研院分生所趙裕展研究員。余淑美笑著說：「孩子小的時候，我們常常就是輪流回家照顧，讓另一個可以進研究室工作。」

環顧四週，櫃子上還擺著全家福照片，牆上掛著女兒小學時期的畫作，抽屜裡存放著一疊女兒兒時手繪、自己影印發行的刊物。一問到孩子，余淑美的驕傲溢於言表：「兒子現在在舊金山的 Google 當工程師，女兒在倫敦是微電影、3D 動畫導演暨美術指導，還擔任前年（2018 年）台灣金鐘獎的視覺創意統籌 ……」過去常常在研究室晃悠的一雙兒女，如今已展翅高飛，開創自己的天地。

2018 年夏天，余淑美全家至加拿大與美國邊境的小鎮 Niagara-on-the-Lake 旅行，照片中為先生趙裕展（中）、兒子（左二）、女兒（左一）、媳婦（右一）。
圖片來源│余淑美

從辛苦的童年、異鄉奮鬥的青年、事業與家庭兩頭燒的中年，直到如今成就斐然，箇中辛苦實難對外人盡言。最後，余淑美希望能以自己的例子來勉勵女性學者，不要自我設限，務必專注在自己的目標上：

努力的時候，不要去想自己是女性，一切就是靠實力！

新種具足蟲，發現！

2019 年，國立臺南大學生物科技學系副教授 黃銘志 從基隆漁民手中獲得一批具足蟲。為了鑑定這些小傢伙的種類，黃銘志從日本換來兩隻大王具足蟲（B. giganteus），沒想到卻意外發現前所未見的新種——猶加敦具足蟲（B. yucatanensis）！

這到底是怎麼回事呢？別急，在我們看下去前，先告訴你一個具足蟲的小秘密。

具足蟲又稱為深水蝨，是居住在深海的甲殼類活化石。你可能沒聽過這兩個名稱，但如果你看過《風之谷》或是《星際大戰》（Star Wars），肯定對王蟲和黑武士有印象，而他們的原型就是具足蟲！

在宮崎駿動畫《風之谷》中，王蟲是守護腐海的生物。當他們憤怒時，眼睛會由藍轉紅。圖／スタジオジブリ

《星際大戰》系列電影的角色——黑武士的面具原型也是具足蟲！圖／Star Wars

既然不小心撈到了，那就抓來研究吧～

小秘密說完了，讓我們原地跳一下，回到 2019 年看看事情發生的經過。

當年七月，黃銘志在基隆正濱漁港採集到俗稱「金絲猴」的紅頭龍蝦，登錄為臺灣新記錄種「海神後海螯蝦（Metanephrops neptunus）」。此後，黃銘志就有和當地漁民保持聯繫。

臺灣新記錄種「海神後海螯蝦（Metanephrops neptunus）」。圖／TaiBNET

後來，有船長告訴黃銘志：「我抓到十隻具足蟲，你要不要？」

在基隆，具足蟲的漁獲量並不多，通常是拖網捕蝦附帶的戰利品。雖然東北角有很多販售具足蟲料理的店家，具足蟲吃起來也像龍蝦，但民眾還是喜歡吃真正的蝦子，所以具足蟲銷不出去，黃銘志就整批買了下來。

這時，問題來了！臺灣沒有具足蟲專家，而黃銘志本身也不是分類學家，要怎麼鑑定呢？沒辦法，只好自行摸索。

於是，黃銘志和日本新江之島水族館交換兩隻大王具足蟲，但這兩隻越看越不對勁，「⋯⋯怎麼其中一隻腰身比較細？難道是牠比較瘦、吃比較少嗎？」

「背景不同的人，就會用不同的視角看事情！」

後來，黃銘志想起赴日深造時，研究魚類基因演化、解析人體基因結構的經驗，就決定分析具足蟲的基因。從黃銘志的專業背景——分子生物學的角度來看，至少要採用兩種分析方法才夠，因為每個基因演化速度都不同，像具足蟲演化得很慢，基因差異不太明顯，就很難區分。

經過細胞色素 c 氧化酶亞基 1（COI）和 16S rRNA 分析後，黃銘志赫然發現很多 DNA 片段都不同。起初還以為是分析出錯，或是樣本破損，但重複試驗多次後的結果都一樣，黃銘志不禁感到困惑：「奇怪了，歐美研究大王具足蟲長達 140 年，有超過 1000 隻樣本，怎麼沒發現裡面可能有基因結構不同的個體？」

細胞色素 c 氧化酶亞基 1（COI）分析結果：第一行是猶加敦具足蟲，第二行是大王具足蟲。圖／Journal of Natural History

16S rRNA 分析結果：第一行是猶加敦具足蟲，第二行是大王具足蟲。圖／Journal of Natural History

為了進一步梳理這些數據，黃銘志找來兩位分類學家助拳，一位是日本國際螯蝦學會的會長——甲殼類專家川井唯史（Dr. Kawai Tadashi），另一位則是澳洲昆士蘭博物館的無脊椎動物榮譽研究員——具足蟲專家尼爾．布魯斯（Dr. Niel L. Bruce）。

不是這個專業，所以才能做到這件事

在三人正式合作前，黃銘志就大致完成這篇新種具足蟲的論文了，但後來，布魯斯發現了一個天大的錯誤，那就是黃銘志引用了某位印度專家錯誤的研究。

過去，也有中國學者引用這篇印度論文，指出印度洋海域有肯氏具足蟲（B. kensleyi）。黃銘志原先也以為是這樣，畢竟順著前人的研究比較不會有爭議，沒想到卻因此得出錯誤的推論。

第一次研究具足蟲，就要指正其他專家的研究，「老實說，我算哪根蔥？」黃銘志苦笑道。

為了修正錯誤，具足蟲的細部結構就交給布魯斯研究，再讓川井逐一比對、鉅細靡遺地畫下來。具足蟲演化較慢，所以每一種長得都很像，必須仔細觀察才能看出差異，比如鼻子的形狀、尾扇棘刺的數量、身體兩側的彎曲程度等等。

詹姆斯具足蟲（*B. jamesi*）和猶加敦具足蟲（*B.yucatanensis*）的身體（a）、頭部（b）、鼻子（c）和頭部側視圖（d）。圖／Journal of Natural History

雖然三人至今都沒有見過彼此，但當初為了辨別出不同的形態，他們互相傳了上千封信討論，才終於達成共識。回想這漫長的過程，黃銘志說：「那些圖都確認過十幾次了，意見不合也是常有的事，比如尾扇棘刺的數量要從哪裡開始數？」

黃銘志也提到，每種生物都有「種間變異」和「種內變異」。只要有變異，一定有不同的地方，但這些不同的地方可以直接判斷成不同種嗎？假如尾扇棘原本有 13 根，卻因為互相打鬥而斷了一兩根，是不是就要分成不同種？

詹姆斯具足蟲（*B. jamesi*）和猶加敦具足蟲（*B.yucatanensis*）的尾扇棘（c）。圖／Journal of Natural History

在這種情況下，由於形態非常接近，按照傳統分類學的做法，其實很容易將一整群可能摻雜不同種的樣本全都混為一類。因此，黃銘志認為最好的做法是從基因著手，用分子生物學的方法鑑定，而不是用個體的外觀差異判斷。

當分類學家多次比對不同樣本的外形，認為這不是大王具足蟲，而基因定序的結果也和資料庫既有的物種都不匹配的時候，就可以確認牠是未經發表的新種。

延伸閱讀：新種形成——秘中之秘

根據論文發表的結果，黃銘志最後將來自新江之島水族館的新種，以發現地墨西哥灣猶加敦半島（Yucatán Peninsula）為依據，命名為猶加敦具足蟲（B.yucatanensis）。

鑑定深海物種，有助於我們更認識深海

在十八、十九世紀時，科學家非常好奇深海到底有沒有生物，而如今，具足蟲就是活生生的鐵證，因此歐美國家非常重視具足蟲的學術價值。這些深海小傢伙證明了一件事：即使在光線微弱、水壓極高、溫度極低、幾乎沒有食物的環境下，還是有生物存在。

目前，我們對於月球的了解甚至還比深海多。布魯斯表示，陸生生物即使雜交，只要能產生有生殖能力的後代，原則上都可以算是同種，但水生生物並不完全遵循這個原則。

比方說，現在有很多鱘龍魚是雜交種，而且是不同種交配生下的、具有生殖能力的後代，這些不同的後代，都各自稱得上是新物種。按照這個邏輯，海洋時刻都有新物種誕生，是我們探索不完的神秘區域。

不過，相對於西方國家多半將具足蟲作為研究用途，東方國家比較在乎的反而是「這可以吃嗎？要怎麼料理才能變得更好吃？」

在日本，有一種零食就是將具足蟲磨成粉後加進仙貝，讓仙貝吃起來有蝦子的味道。黃銘志笑著說：「這很暢銷！」但也補充道，他在東京大學做研究時，實驗室有個傳統，那就是「當你研究某種生物的時候，你就不吃牠們，代表你對這種生物的敬意。」

關於具足蟲，還有哪些待解之謎？

這份耗時三年的研究，不但指正了前人的研究、改變了具足蟲近百年來的分類，也暗示著既有的「群模式樣本」或許有很大的問題。換句話說，目前已知的具足蟲種類不多，可能是分類錯誤造成的結果，說不定早就有很多種摻雜在其中了！

延伸閱讀：怎麼把牠們當成一樣的物種！物種分類出錯怎麼辦？——分類學家偵探事件簿（三）

在日本，鳥羽水族館有一隻具足蟲長達五年沒進食。目前仍沒有科學家著手細探背後的原因，而牠們的食物來源、繁衍方法，以及牠們如何在極端惡劣的深海環境生存，都是接下來必須進一步探究的課題。

舉例來說，紅色在深海是一種隱性色，而深海的甲殼類生物（比如甜蝦、天使紅蝦）體內通常帶有蝦紅素，使得體表呈現紅色，可以保護牠們不被天敵發現。可是，具足蟲的分布範圍深達數千米，體內卻沒有蝦紅素，煮熟後也不會像蝦子那樣變紅。

延伸閱讀：煮熟的龍蝦為什麼會變色呢？

此外，透過研究具足蟲，科學家可以更了解全球暖化對深海的影響、陸地上的重金屬和放射性物質沉進深海造成的衝擊，以及這些具足蟲是否可以取代龍蝦，成為新的食物選擇。

最近，南海的船長捕到了 80 幾隻具足蟲，黃銘志買下了形態看起來比較特殊的 10 隻，希望可以篩出更多新種，解開更多有趣的謎底。

參考資料

Huang, M. C., Kawai, T., & Bruce, N. L. (2022). A new species of Bathynomus Milne-Edwards, 1879 (Isopoda: Cirolanidae) from the southern Gulf of Mexico with a redescription of Bathynomus jamesi Kou, Chen and Li, 2017 from off Pratas Island, Taiwan. Journal of Natural History, 56(13-16), 885-921.
交換日本水族館具足蟲南大發現深水蝨新物種｜生活｜中央社 CNA

發表意見

所有討論 0

登入與大家一起討論

Heidi

7 篇文章・ 12 位粉絲

PanSci 編輯部角落生物｜外語系還沒畢業，潛心於翻譯與教學，試圖淡化語言與知識的隔閡。

TRENDING 熱門討論

即時熱門

文字

【2022 年諾貝爾生理或醫學奬】復現尼安德塔人消逝的 DNA，也映襯我們何以為人

寒波・2022/10/06 ・8169字・閱讀時間約 17 分鐘

相關標籤：

熱門標籤：

人對自身歷史的好奇歷久彌新。最近十年古代 DNA 研究大行其道，光是發表於 Cell、Nature、Science 的論文就多到要辛苦讀完，加上其他期刊更是眼花撩亂。「古代遺傳學」的衝擊毋庸置疑，開創者帕波（Svante Pääbo）足以名列歷史偉人；然而，得知 2022 年諾貝爾生理或醫學獎由他一人獨得，還是令人吃驚——諾貝爾獎竟然會頒給人類演化學家？

諾貝爾獎有物理獎、有化學獎，但是沒有生物學獎，而是「生理或醫學獎」。帕波獲獎的理由是：「發現滅絕人類的基因組以及研究人類演化」。乍看和生理或醫學沒有關係，深入思考……好像還真的沒有什麼關係。

偷用強者我朋友的感想：「應該就是選厲害的。第一個和生理或醫學無關的生理或醫學獎得主，聽起來滿屌的」。

帕波直接的貢獻非常明確，在他的努力下，重現消失數萬年的尼安德塔人（Neanderthal）基因組。他為什麼想要這樣做，過程中經歷什麼困難，發現又有什麼意義呢？

喜愛古埃及的演化遺傳學家

帕波公元 1955 年在瑞典出生，獲獎時 67 歲。他從小對古埃及有興趣，大學時選擇醫學仍不忘古埃及，但是一生都在追求新奇的帕波，嫌埃及研究的步調太慢，後來走上科學研究之路。1980 年代初博士班時期，他使用當時最高端的分子生物學手段探討免疫學，成果發表於 Cell 等頂尖期刊，可謂免疫學界的頂級新秀。

然而，他始終無法忘情逝去的世界。1984 年美國的科學家獲得斑驢的 DNA 片段，轟動一時。斑驢已經滅絕一百年，能夠由其遺骸取得古代 DNA，令博士生帕波大為震撼。他很快決定結合自己的專業與興趣，嘗試由古埃及木乃伊取得 DNA，並且獨立將結果發表於 Nature 期刊。

博士畢業後，帕波義無反顧地轉換領域，遠渡美國追隨加州柏克萊大學的威爾森（Allan Wilson）。威爾森在 1970 年代便開始探討分子演化，後來又根據不同人類族群間粒線體 DNA 的差異，估計非洲以外的人群，分家只有幾萬年，支持智人出非洲說。

帕波正式投入相關研究後意識到，從古代樣本取樣 DNA 的汙染問題相當嚴重。這邊「汙染」的意思是，並非抓到樣本內真正的古代 DNA 目標，而是周圍環境、實驗操作者等來源的 DNA；包括他自己之前的木乃伊 DNA，很可能也不是真正的古代 DNA。另一大問題是，生物去世後 DNA 便會開始崩潰，經歷成千上萬年後，樣本中即使仍有少量遺傳物質殘存，含量也相當有限。

帕波投入不少心血改善問題。例如那時新發明的 PCR 能精確並大量複製 DNA，他馬上用於自己的題目（更早前是利用細菌，細菌繁殖時順便生產 DNA）。多年嘗試後，他決定放棄埃及木乃伊（埃及木乃伊的基因組在 2017 年成功），改以遺傳與智人差異較大的尼安德塔人為研究對象。

取得數萬年前尼安德塔人的 DNA

根據現有的證據，尼安德塔人是距今約 4 萬到 40 多萬年前的古人類。確認為尼安德塔人的第一件化石，於 1856 年在德國的尼安德谷發現，並以此得名（之前 2 次更早出土化石卻都沒有意識到）。這是我們所知第一種，不是智人的古代人類（hominin）。

延伸閱讀：直布羅陀，第二位尼安德塔人Forbes’ Quarry的DNA

對於古人類化石，一百多年來都是由考古與型態分析。帕波帶著遺傳學工具投入，不但增進考古和古人類學的知識，也拓展了遺傳學的領域。他後來前往德國的慕尼黑大學，幾年後又被挖角到馬克斯普朗克研究所，領導萊比錫新成立的人類演化部門，多年來培養出整個世代的科學家，也改變我們對人類演化的認知。

不同個體的粒線體 DNA 之間差異，智人與黑猩猩最多，智人與智人最少，智人與尼安德塔人介於期間。圖／取自參考資料 2

帕波在 1996 年首度取得尼安德塔人的 DNA 片段，來自粒線體。他為了確認結果，邀請一位美國小女生重複實驗，驗證無誤，她就是後來也成為一方之霸的史東（Anne Stone）。比較這段長度 105 個核苷酸的片段，尼安德塔人與智人間的差異，明顯超過智人與智人。

然而，粒線體只有 16500 個核苷酸，絕大部分遺傳訊息其實藏在細胞核的染色體中。想認識尼安德塔人的遺傳全貌，非得重現細胞核的基因組。

可是一個細胞內有數百套粒線體，只有 2 套基因組，因此粒線體 DNA 的含量為細胞核數百倍；而且染色體合計超過 30 億個核苷酸，數量無比龐大。可以說，細胞核基因組可供取材的 DNA 量少，需要復原的訊息又多，比粒線體更難好幾個次元。

方法學與時俱進：從 PCR 到次世代定序

一開始，帕波與合作者使用 PCR，但是帕波知道這是死路一條。取樣 DNA 會破壞材料，尼安德塔人的化石有限；PCR 一次又只能復原幾百核苷酸，要完成 30 億的目標遙遙無期。

帕波持續努力克服難關。2000 年人類基因組首度問世，採取「霰彈槍」定序法，大幅提升效率；也就是將 DNA 序列都打碎，一次定序一大堆片段，再由電腦程式拼湊。帕波因此和 454 生命科學公司合作，改用新的次世代定序法，偵測化石中的古代 DNA。2006 年發表的論文可謂里程碑，報告次世代定序得知的 100 萬個尼安德塔人核苷酸，足以進行一些基因體學的分析。

帕波當時在美國的合作者魯賓（Edward Rubin）持續使用 PCR，雙方分歧愈來愈大，終於分道揚鑣。所以很可惜地，2010 年尼安德塔人基因組論文發表時，魯賓沒有參與到最後。這是人類史上第一次，取得滅絕生物大致完整的基因組，也是帕波獲頒諾貝爾獎的直接理由。

鐵證：尼安德塔人與智人有過遺傳交流

這份拼湊多位尼安德塔人的基因組，儘管品質不佳，卻足以解答一個問題：尼安德塔人與智人有過混血嗎？答案是有，卻和本來想的不一樣。尼安德塔人沒有長居非洲，主要住在歐洲、西南亞、中亞，也就是歐亞大陸的西部。假如與智人有過混血，歐洲人應該最明顯。結果並非如此。

帕波的組隊能力無與倫比，他廣邀各領域的菁英參與計畫，不只取得 DNA 資料，也陸續研發許多分析資料的手法，其中以哈佛大學的瑞克（David Reich）最出名。

分析得知，非洲以外，歐洲、東亞、大洋洲的人，基因組都有 1% 到 4% 能追溯到尼安德塔人（後來修正為 2% 左右）。所以雙方傳承至今的混血，發生在智人離開非洲以後，又向各地分家以前；並非尼安德塔人主要活動的歐洲。

首度由 DNA 定義古代新人類：丹尼索瓦人

復原古代基因組的工作相當困難，不過引進次世代定序後，從不可能的任務降級為難題，尼安德塔人重出江湖變成時間問題。出乎意料，同樣在 2010 年，帕波戰隊又發表另外 2 篇論文，描述一種前所未知的古人類：丹尼索瓦人（Denisovan）。不是藉由化石，而是首度由 DNA 得知新的古代人種。

根據細胞核基因組，尼安德塔人、丹尼索瓦人的親戚關係最近，智人比較遠，三群人類間有過多次遺傳交流。圖／取自參考資料 1

丹尼索瓦人得名於出土化石的遺址（地名來自古時候當地隱士的名字），位於西伯利亞南部的阿爾泰地區，算是中亞。帕波對這兒並不陌生，之前俄羅斯科學家在這裡發現過尼安德塔人化石，而且由於乾燥與寒冷，預計化石中的古代 DNA 保存狀況應該不錯。

帕波戰隊對丹尼索瓦洞穴中的一件小指碎骨定序，首先拼裝出粒線體，驚訝地察覺到這不是智人，卻也不是尼安德塔人，接下來的細胞核基因組重複證實此事。它們變成前後 2 篇論文，帕波出名的不喜歡物種爭論，不使用學名，所以直稱其為「丹尼索瓦人」。

還有幾顆丹尼索瓦洞穴出土的牙齒也尋獲粒線體，而且這些臼齒特別大，型態前所未見。奇妙的是，丹尼索瓦人粒線體、基因組的遺傳史不一樣；和智人、尼安德塔人相比，尼安德塔人的粒線體比較接近智人，細胞核基因組卻比較接近丹尼索瓦人。

這反映古代人類群體間的遺傳交流相當複雜，不只是智人、尼安德塔人，也不只有過一次。後來又在丹尼索瓦洞穴發現一位爸爸是丹尼索瓦人、媽媽是尼安德塔人的混血少女，更是支持不同人群遺傳交流的直接證據。

延伸閱讀：首度發現！媽媽是尼安德塔人、爸爸是丹尼索瓦人的混血中二少女

遠觀丹尼索瓦洞穴。圖／取自論文〈Age estimates for hominin fossils and the onset of the Upper Palaeolithic at Denisova Cave〉的 Supplementary information

回溯分歧又交織的人類演化史

重現第一個尼安德塔人基因組後，帕波戰隊持續改進定序與分析的技術，也獲得更多樣本，深入不同族群的分家年代、彼此間的混血比例等問題，新知識不斷推陳出新。

丹尼索瓦人方面，如今仍無法確認他們的活動範圍，不過很可能是歐亞大陸偏東部的廣大地區。一如尼安德塔人，丹尼索瓦人也與智人有過遺傳交流。

最初估計某些大洋洲人配備 4% 到 6% 的丹尼索瓦人血緣，後來修正為 2% 左右（不同方法估計的結果不一樣，總之和尼安德塔血緣差不多）。不同智人具備丹尼索瓦 DNA 的比例差異頗大，某些大洋洲人之外，東亞族群也具備些許，歐亞大陸西部的人卻幾乎沒有。

到帕波獲得諾貝爾獎為止，古代 DNA 最早的紀錄是超過一百萬年的西伯利亞古代象。圖／最早古代 DNA，超過一百萬年的西伯利亞象

至今年代最古早的人類 DNA，來自西班牙的胡瑟裂谷（Sima de los Huesos），距今 43 萬年左右（最早的是超過一百萬年的古代象，由受到帕波啟發的其餘團隊發表）。根據 DNA 特徵，胡瑟裂谷人的細胞核基因組更接近尼安德塔人，可以視作初期的尼安德塔人族群。然而，他們的粒線體卻更像丹尼索瓦人。

帕波開發的研究方法，不只針對消逝的智人近親，也能用於古代智人與其他生物，累積一批數萬年前智人的基因組。釐清近期的混血事件外，還能探討不同人群當初分家的時期。估計尼安德塔人、丹尼索瓦人約在 40 多萬年前分家，他們和智人的共同祖先，又能追溯到距今 50 到 80 萬年的範圍。

智人何以為智人？遠古血脈的傳承，磨合，新適應

消逝幾萬年的尼安德塔人、丹尼索瓦人，皆為智人的極近親。由於數萬年前的遺傳交流，仍有一部分近親血脈流傳於智人的體內。這些血脈經過數萬年，早已融入成為我們的一部分。

智人的某些基因與基因調控，受到遠古混血影響。最出名的案例，莫過於青藏高原族群（圖博人或藏人）的 EPAS1 基因繼承自丹尼索瓦人，比智人版本的基因更有利於適應缺氧。另外也觀察到許多案例，與免疫、代謝等功能有關。

近年 COVID-19（武漢肺炎、新冠肺炎）席捲世界，觀察到感染者的症狀輕重受到遺傳差異影響；其中至少兩處 DNA 片段，一處會增加、另一處降低住院的機率，都可以追溯到尼安德塔人的遠古混血。

非洲外每個人都有 1% 到 2% 血緣來自尼安德塔人，不同人遺傳到的片段不一樣。將不同智人個體的片段拼起來，大概能湊出 40% 尼安德塔人基因組（不同算法有不同結果），也就是說，當初進入智人族群的尼安德塔 DNA 變異，不少已經失傳。

失傳可能是機率問題，某一段 DNA 剛好沒有智人繼承。但是也可能是由於尼安德塔 DNA 變異，對智人有害或是遺傳不相容，而被天擇淘汰。遺傳重組之故，智人基因組上每個位置，繼承到尼安德塔變異的機率應該差不多；可是相比於體染色體，X 染色體的比例卻明顯偏低；這意謂智人的 X 染色體，不適合換上尼安德塔版本。

延伸閱讀：追溯丹尼索瓦人與尼安德塔人，在智人族群留下的遺傳線索

例如 2022 年發表的論文，比較 *TKTL1* 基因上的差異對智人、尼安德塔人神經發育的影響。圖／取自〈Human TKTL1 implies greater neurogenesis in frontal neocortex of modern humans than Neanderthals〉

智人之所以異於非人者幾希？藉由比較智人的極近親尼安德塔人，能深入思考這個大哉問。是哪些遺傳改變讓智人誕生，後來又衍生出什麼不可取代的遺傳特色？另一方面也能反思，某些我們以為專屬智人的特色，其實並非智人的專利。

分析遺傳序列，畢竟只是鍵盤辦案，一向雄心壯志的帕波，當然想要更進一步解答疑惑。比方說，尼安德塔人、智人間某處 DNA 差異對神經發育有什麼影響？體外培養細胞、模擬器官發育的新穎技術，如今也被帕波引進人類演化學的領域。

延伸閱讀：短篇比起智人，尼安德塔人痛覺可能更敏感？

瑞典與愛沙尼亞之子，德國製造，替人類做出卓越貢獻的人

回顧完帕波到得獎時的精彩成就，他的工作與生理或醫學有哪些關係，各位讀者可以自行判斷。我還是覺得沒什麼直接關係，如遠古混血影響病毒感染的重症機率這種事，那些 DNA 變異最初是否源自尼安德塔人，其實無關緊要。不過多少還是有些影響，像是為了研究古代基因組而研發出的基因體學分析方法，應該也能用於生醫領域。

帕波 2014 年時發表回憶錄《尋找失落的基因組》，自爆許多內幕。台灣的翻譯出過兩版，可惜目前絕版了。我在 2015 年、2019 年各寫過一篇介紹。書中有許多值得玩味之處，不同讀者會看到不同重點，有興趣可以找來閱讀，看看有什麼啟發。

主題是諾貝爾獎就不能不提，帕波得獎也讓諾貝爾新添一組父子檔，他的爸爸伯格斯特龍（Sune Karl Bergström）是 1982 年生理或醫學獎得主。為什麼父子不同姓？因為他是隨母姓的私生子，父子間非常不熟。

他的媽媽卡琳．帕波（Karin Pääbo）是愛沙尼亞移民瑞典的化學家，2007 年去世前曾在訪問提及，她兒子在 13、14 歲時從埃及旅遊回來，對科學產生興趣。帕波獲頒諾貝爾獎後受訪提到，可惜媽媽已經去世，無法與她分享榮耀。移民異國討生活的單親媽媽，能夠養育出得到諾貝爾獎的兒子，也可謂偉大成就。

人類演化的議題弘大淵博，但是究其根本，依然要回歸到一代一代的傳承。每個人都無比渺小，卻也是全人類中的一份子，親身參與其中。諾貝爾生理或醫學獎 2022 年的頒獎選擇，乍看突兀，仔細思索卻頗有深意。帕波的研究也許很不生理或醫學，卻再度強化諾貝爾奬設立的精神：「獎勵替人類做出卓越貢獻的人」。

帕波得獎後接受電話訪問：

參考資料

Press release: The Nobel Prize in Physiology or Medicine 2022. NobelPrize.org. Nobel Prize Outreach AB 2022. Wed. 5 Oct 2022.
Advanced information. NobelPrize.org. Nobel Prize Outreach AB 2022. Wed. 5 Oct 2022.
Geneticist who unmasked lives of ancient humans wins medicine Nobel
Ancient DNA pioneer Svante Pääbo wins Nobel Prize in Physiology or Medicine
Nature 論文蒐集「Nobel Prize in Physiology or Medicine 2022」
Estonian descendant Svante Pääbo awarded Nobel prize

本文亦刊載於作者部落格《盲眼的尼安德塔石匠》暨其 facebook 同名專頁。

發表意見

所有討論 1

登入與大家一起討論

狐禪 2022/10/07

最主要的問題在於，這些無法驗證的核酸序列，其中又有些不一致之處，結果能稱之為科學嗎？

寒波

178 篇文章・ 702 位粉絲

生命科學碩士、文學與電影愛好者、戳樂黨員，主要興趣為演化，希望把好東西介紹給大家。部落格《盲眼的尼安德塔石器匠》、同名粉絲團《盲眼的尼安德塔石器匠》。

TRENDING 熱門討論

即時熱門

文字

如何選擇「基因交友軟體」？——影集《真愛基因》的現實

胡中行・2022/06/27 ・4916字・閱讀時間約 10 分鐘

相關標籤：

熱門標籤：

「身為交友軟體公司的執行長，用自家服務找對象並不道德，可是我偶爾會做市場調查，所以手機裡下載了 20 個同行的產品。當我打開其一，便收到一個月前，某位友善男士的來訊。內容實在迷人，可惜他整頭紅髮……」幸好見面之後，一拍即合。她徵求對方的同意，採集其口腔的 DNA 樣本，進而得知他們擁有最頂尖 10% 的相容性。「我從不想要紅髮伴侶，認為自己不會喜歡，但其實我超愛。……，這都在你的 DNA 裡。」^[1]

Netflix 影集《真愛基因》

Netflix 影集《真愛基因》（The One）講述科學家發現有一種 DNA 檢測，可以找到完美伴侶，於是數百萬人踴躍嘗試。以此營利的媒合公司執行長，卻在事業愛情兩得意之際，捲入一場謀殺案……。^[2][3]

話說回來，本文第一段引述的並不是影集劇情，而是美國交友網站 Pheramor 的共同創辦人兼執行長，接受德州醫療中心（Texas Medical Center）專訪時的自白。^[1]

真實的基因配對業者

影集《真愛基因》於 2021 年上映，然而在更早之前，就已經有業者開始提供類似的服務。以下是幾個知名的例子：

基因配對的原理與目的

在考慮註冊一般交友軟體或網站的帳號之前，我們由最基本的動機，例如：純交友、約砲、短期約會、長期戀愛，甚至是以婚姻為前提交往等，搜尋適合的平台。選擇基因配對服務時，想清楚使用的目的，同樣也是首要之務。同時，最好瞭解這些檢測的功能，是否符合您的需求。有鑑於業界廣告的項目繁多，單一基因觸及的層面也相當複雜，以下只簡單說明其中一小部份：

人類白血球抗原（human leukocyte antigens，HLA），即人類的主要組織相容性複合體（major histocompatibility complex，MHC）：^[15]1995 年瑞士 Claus Wedekind 教授等人，發現動物身上的MHC，會影響體現免疫特質的體味。排除避孕藥干擾的情形下，女人喜愛的味道，通常屬於與自己 HLA 差異較大的男人。^[16]2016 年的德國研究，認為 HLA 相異者的結合，能帶來令人滿意的關係和性愛，以及強健的子代。^[15]不過，2020 年另一群德國科學家檢視 3,691 對情侶後，覺得 HLA 對人類求偶的實際作用甚微。^[17]
血清素轉運體（serotonin transporter，SERT）基因：編寫蛋白質 SERT 的基因變異體 5-HTTLPR，^[18]是調節神經系統中血清素濃度的關鍵，與情緒控管有關。^[19]
催產素受體基因（oxytocin receptor gene）：這種基因有幾個不同的類型，2019 年的美國研究指出，GG 基因型的人合群、有同情心，且情緒穩定。他們或他們的伴侶，比 AA 或 AG 基因型婚姻滿意度高。^[20]
多巴胺受體基因（dopamine receptor gene）DRD4：多巴胺帶給人愉悅感，但相應受體遲鈍的 DRD4 7R+ 基因型，必須要更大的刺激，才能達到相同效果。^[21] 2010 年美國研究 DRD4 的論文指出，相較於 7R-，屬於 7R+ 者，傾向從事一夜情、出軌等高風險的行為，因而有旺盛的繁殖力，且容易繁衍多元的子代。^[22]
兒茶酚－O－甲基轉移酶基因（COMT gene）：COMT 基因若異常，會提高某些精神疾病的風險。^[23]2019 年的德國研究顯示 COMT 基因的不同類型，會導致情緒辨識表現的差別。與 Val／Val 相比，有 Met／Met 和 Met／Val 基因型的人，能更準確的辨識負面情緒。因此，遇到負面的社交經驗時，也更輕易地陷入焦慮或憂傷的情緒。^[24]
單核苷酸多態性（single-nucleotide polymorphism，SNP）：SNP 是指 DNA 序列中的變異，可以用來尋找致病基因和療法、做親子鑑定，或是瞭解族群的演化等。目前科學界已知約 400 萬個 SNP，^[25]如果交友網站沒說要驗哪些，其實算是過度籠統。

值得注意的是，許多現有的相關研究均以順性別異性戀為主，所以對性少數的族群而言，未必有參考價值。Instant Chemistry 為此展開大型研究，正在招募後者參加。^[6]

基因在戀愛中的角色

除了正在尋覓另一半的單身人士，Instant Chemistry 更鼓勵情侶們購買雙人檢驗套組，說是有助於解決兩人對關係的不滿。^[6]影集《真愛基因》的原著小說《命定之人》（The One）裡，就有這麼一個經典的橋段：「如果我們的 DNA 結果不合，怎麼辦？」「那就要留心，或許我們得為戀情更加把勁。就像約翰．藍儂說的，『你只需要愛』。」「對，可是他也說過『我是海象』，所以咱們還是別太相信他智慧的箴言。」^[26][註1]

想去驗基因的伴侶，是不是早就對感情缺乏信心？若是心中的芥蒂被科學驗證了，又該如何面對？

換個角度來說，這可能要看兩人不合的基因，是關乎哪個面向。比方，美劇《宅男行不行》（The Big Bang Theory）裡，不用驗也知道大難臨頭的 Amy，以反諷的口吻抱怨：「噢，當然，因為 Sheldon 跟我的 DNA 加起來，會等於一個曉得怎麼交朋友的孩子。成熟點！」^[27]憂慮子代基因無法適應社會的心情，擺在生育意願超低的臺灣，不僅很難激起觀眾共鳴，應該也不太會動搖已經成形的交往關係。

但，要是基因檢測，還有其他風險呢？

Michael Connelly 的小說《Fair Warning》，點出基因檢測的風險。圖／參考資料 28

基因資訊的隱私疑慮

「你知道今年五角大廈叫所有軍人，不准使用 DNA 試劑，因為那會造成國安問題嗎？」曾任記者的知名美國作家 Michael Connelly，在 2020 年出版的虛構小說《合理警告》（Fair Warning；暫譯）裡，^[註2]描述真實世界可能上演的基因隱私危機。「骯髒四號。有些遺傳學家這麼稱呼 DRD4。」故事中，有心人士從盜用的基因資料，斷定哪些女性水性楊花，然後跟蹤並殺害她們。^[28]當原本屬於隱私的個人資訊被交予私人企業，以獲取服務，消費者究竟能得到多少法律的保障？

根據 Michael Connelly 的調查，目前美國食品藥物管理局（Food and Drug Administration，FDA）尚且無法有效規範基因資料的蒐集與運用。^[28][29]DNA Romance 強調他們遵守美國《健康保險攜帶和責任法案》（Health Insurance Portability and Accountability Act，HIPAA）的隱私準則，而且不會把使用者個資賣給第三方。^[11]

可是美國國家人類基因組研究所（National Human Genome Research Institute）坦承：「雖然很多公司設有健全的隱私及知情同意政策，但沒有聯邦法律能禁止他們將個人的基因資訊提供給第三方。」^[30]

臺灣的基因隱私保障

科技部 2021 年的《科技魅癮》數位季刊，曾探討臺灣與美國在基因法規方面的異同。^[31]比起美國允許某些科學研究不經當事人同意，就能使用去識別化的基因資訊；^[30][31]臺灣的規範較為嚴謹，卻也因阻礙科技發展而為人詬病。^[31]基因檢測等相關科技，是一個仍在不斷演進的領域。

我們一來不能光看基因就認識一個人的特質，畢竟後天環境也是造就人格和生理條件的重要因素；二來在研究還未成熟的階段，對檢測的解讀必有其侷限。另外，還得注意檢測單位是否遵循當地法規，以保障消費者權益。萬一不小心，資料外洩或是驗出個本來不曉得的基因缺陷，當事人受到的打擊，說不定會比失戀還嚴峻。

總之，基因檢測是潘朵拉的盒子。一旦勇敢嘗試，便如同 Michael Connelly 書中所言：「你的 DNA　可以開啟任何事物，從此秘密再也不是秘密了。」^[28]

備註

影集《真愛基因》和原著小說《命定之人》的原文名稱都叫做「The One」。本文引述的段落是由筆者自行翻譯，所以可能與目前通行的繁體中文版用字略有出入。
Michael Connelly 小說改編的作品中，較為臺灣人所知的，大概是電影《下流正義》（The Lincoln Lawyer）和影集《絕命警探》（Bosch）。至於《Fair Warning》，目前好像沒有中文譯本。