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斯佩曼誕辰|科學史上的今天:6/27

張瑞棋_96
・2015/06/27 ・1139字 ・閱讀時間約 2 分鐘

自古以來,人們總傾向於相信一定有種「生命力」存在,才使得生物與非生物有所區別。不過進入十九世紀之後,隨著科學的進展,越來越多人認為生命其實也是物理與化學作用的結果,就像鐘錶運作一樣,並無特殊之處。「生機論者」與「機械論者」兩派爭論不休,後來主戰場自然轉往生命的起點——胚胎。

德國生物學家盧克斯(Wilhelm Roux)是機械論者,他於 1888 年發表實驗結果,指出青蛙的受精卵一分為二後,若用燒燙的針刺死其中一個細胞,讓剩下另一個細胞繼續分裂下去,最後只會長成半個胚胎。他認為這代表生物就像複雜的機器,早就預備齊全的零件隨著細胞分裂,而散布到應有的位置,長成各種器官。

但盧克斯的師弟德瑞胥(Hans Driesch)在 1892 年所做的實驗卻又大不相同。他在海膽的胚胎細胞分裂成四個時,用力搖晃分開它們(因為沒其它分開細胞的方法)。若按照盧克斯的理論,這四個細胞應該各自發展成四分之一的海膽,但並沒有;它們長成四隻完整的海膽,只是比正常尺寸來得小。因此德瑞胥主張肯定有超乎物理定律的力量,才能讓生命一分為四。

那麼,該如何解釋這兩個看似互相衝突的實驗?結果由同是德國的胚胎學家斯佩曼找出合理的解釋。

斯佩曼。圖/Wikipedia

1902 年,斯佩曼靈機一動,利用女兒的頭髮將蠑螈的胚胎細胞從中束緊成葫蘆狀,結果有時能長成兩個完整的胚胎,但有時失敗,而失敗的情況都是變成一個近乎完整的胚胎與一個不成形的腹側部,斯佩曼認為這是因為腹側部缺乏「分化物質」。因此他主張分離的胚胎細胞能否長成完整的胚胎,取決於其中是否含有誘導分化的物質;而且分化物質會透過化學訊號影響鄰近的細胞。

後來斯佩曼指導的女博士生曼果得(Hilde Mangold)自 1921 年開始進一步的實驗。她將確定會繼續分化的胚胎細胞植入另一個胚胎,結果不管後者原本能否繼續分化,都會被植入細胞誘導分化成完整的胚胎;這可說是首次成功的動物複製實驗。斯佩曼因此提出組織者(organizer)的概念,用以稱呼這種指導細胞如何分化、組織成完整個體的物質——如今我們知道這其實就是 DNA。

1935 年,斯佩曼因為發現胚胎發展過程中的組織者效應,而獲頒諾貝爾生理或醫學獎。可惜曼果得於 1924 年發表論文後幾個月,就因廚房瓦斯爆炸引發大火而被燒死,而無緣共享榮耀,只能由斯佩曼在演講時特別提及她的貢獻。

本文同時收錄於《科學史上的今天:歷史的瞬間,改變世界的起點》,由究竟出版社出版。

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