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人體太複雜了:為何有關人體健康的研究總是充滿爭論?

賴昭正_96
・2015/11/11 ・4386字 ・閱讀時間約 9 分鐘 ・SR值 562 ・九年級

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 爲什麼有關人體健康的研究總是充滿了爭論?

source:woodleywonderworks
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林翰佐教授在「從分子生物技術來談基因改造物種」一文裡(《科學月刊》第533期)提到:「基因改造物種(GMO)是最近幾十年來生物科技界的最大爭端;即使是生物技術上的專家,對於這個問題的觀點也呈現兩極化的發展。」在科技如此發達、研究人員何其多的今天,這乍聽起來實在有點讓人難以相信!

世界衛生組織(WHO)在經過數十年的分析研究後,終於在2015年十月26日正式宣稱加工過之紅肉(如香腸等)爲與香煙、石棉一樣危險的致癌物質。北美肉類研究所(North American Meat Institute)立即辯稱癌病爲一種不是單由食物導致的繁雜疾病。「爲牛肉辯護」(Defending Beef, 2014年)的作者尼曼(H. Niman)則謂大量吃食加工過之肉類的人大都過胖、不運動、及具有較高的患癌機率體質;反之,適量食用肉類的文化(如東非洲之Masai族)則鮮患癌病。她並指出WHO所發現之關連並無因果關係。你相信誰呢?

如果讀者能仔細看看周遭,如上的爭論事實上是非常之多的(如手機是否對人體有害、蛋中的膽固醇是否對心臟有巨害、女性乳房X光攝影檢察頻率、男性前列腺抗原檢察有用否、甚至預防接種的副作用等)!為什麼呢?在回答此一問題前,讓我們在這裡先看看兩則可以說是已蓋棺論定的爭論。

 DDT 的爭論

化學家在1874年首次合成農藥DDT,但遲至1939年瑞士化學家米諾爾(P. H. Müller)才發現其殺蟲性。二次世界大戰後期,DDT被用來控制當時在軍中及民間廣泛流行的斑疹傷寒及瘧疾;大戰後則慢慢地被廣泛地做爲農業界的殺蟲劑。米諾爾則因發現此一「對某些節肢動物具有高效率的接觸毒性」而得1948年的諾貝爾醫學獎。

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www.ivonazivkovic.net
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美國生物學家卡爾遜(R. Carson)在1962年出版了一本題爲「寂靜的春天」(Silent Spring)的書。在該書中她例舉了美國盲目地噴灑DDT對環境造成之影響,並謂:在不瞭解可能具毒性的化學品對環境及人類的影響前,盲目地使用它們是不智的!她甚至號稱:DDT及其它殺蟲劑「已被証實」可導致癌病;大量地使用於農作物則深深地威脅到野生動物――尤其是鳥類――的生態。此一本書的出現可以說是開啓了「環保運動」;導致了美國政府在1972 年全面禁止使用DDT――除了醫療急救及某些農業外。

自從全面禁用DDT 後,幾乎快絕種的美國國鳥禿鷹及遊隼果然慢慢地繁殖起來; 可是DDT 真的如卡爾遜所說的「已被証實」可導致癌病嗎?即使是她的支持者都認爲那還是有很大之爭議的:例如科學作家懷耳(K. Weir)就說「重覆的研究並未發現曝露在DDT 下會增加致癌的機率。」人體太複雜了!或許DDT 需再使用千、百年,人才可能如禿鷹一樣走入絕種之境也說不定;可是它已被全面禁用了。因此許多人已指責DDT 的全面禁用是造成今日全世界每年還有上百萬人因瘧疾而死亡的主要原因。

反式脂肪的興衰

我們再來看一個例子:2015 年六月二十五日,美國政府決定在三年內全面禁止在食物中使用人造的反式脂肪(trans fat)。反式脂肪在自然界中並不普遍, 它通常是由局部氫化(加氫)植物油製得。如此製得的反式脂肪因具有較佳的物理性質(如在常溫下爲固態、些微加熱即溶),因此被廣泛地用於食物的加工製造與儲存上。

source:wikimedia
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在化學上,脂肪由三個脂肪酸(fatty acid)透過甘油連結而成的三酸甘油酯(triglyceride)――體檢上的一個重要項目。脂肪酸的骨架爲碳鏈;如果碳原子全是靠單鍵連結在一起,則爲飽和脂肪酸;如某些是雙鍵連結,則爲不飽和脂肪酸。大體而言,動物性脂肪含飽和脂肪酸較多,在室溫下爲固態,在美國稱之爲「脂肪」(fat);植物性脂肪則含不飽和脂肪酸較多,在室溫下爲液態,在美國習慣上稱之爲「油」(oil)。國內似乎沒有這種區別:例如豬油爲一種固態的動物性脂肪,但我們也稱之爲「油」(豬油)。

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不飽和脂肪(酸)可以透過氫化破壞部份或全部的雙鍵結。因雙鍵的關係(不能自由旋轉),脂肪酸有下列兩種立體異構物的可能:

wWbvNj4SuMHfHRUJVx0r8E51irww9qIBSUXUF5ZJm84

因反式的能量較低,因此在氫化的過程中,順式的雙鍵常被改成反式的雙鍵而未被氫化(改成單鍵):順式脂肪(酸)變成反式脂肪(酸)。

雖然早在1956年就有科學家開始懷疑反式脂肪可能是導致冠狀血管疾病急速增加的原因,但即使到了1980年代及1990代初期,大部份的營養師還是將該禍源歸咎於動物性脂肪使用量的增加:例如激進份子如蘇可勒夫(P. Sokolof)甚至刊登整版報紙廣告,攻擊麥當勞(McDonald’s)使用牛脂來炸法國薯條。他並建議所有速食店均應改用植物油(不飽和脂肪) !

反式脂肪爲一種不飽和脂肪,在室溫下爲固態,因儲存及搬運容易,因此立即成爲速食店的新寵及人類的主要食品!…….. 可是天有不測風雲,到了1994年(美國食品製造大廠Procter and Gamble開始推銷「氫化起酥油」後的83年),科學界終於又有「新的研究」結果,宣稱美國每年死於反式脂肪所導致之心臟病的人數大約爲兩萬人。

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食品加工廠所製得的反式脂肪因雙鍵分配位置不同而異於自然界的反式脂肪;因此籠統而言也可以說是一種「基因改造物種」(假想改造了牛的基因,讓它生長出加工廠所製得的反式脂肪)。在此一物種首次在人類食品中出現後的83年,我們才瞭解到了它是對人體有害的 !有趣的是:尚無研究自然界的反式脂肪是否也對人體有害;但我們知道未氫化前的順式脂肪(一般的植物油)是相當健康的。

統計分析研究法

這些反反覆覆的研究結論與建議,是否意味著科學或其研究方法的失敗?不然也;筆者認爲其最主要的原因是因為研究的對象――人體――太複雜了!在無生命的物理世界裡,其體系雖然也複雜――尤其在我們未了解它之前,但除天體外,我們幾乎一定可以設計出方法來隔離或固定「不必要」的因素,來實驗觀察因果的直接關係。

例如伽利略(Galileo)1589年在比薩斜塔所做的自由落體實驗(事實上伽利略可能根本沒做,而只是他的一個腦中「假想實驗」而已),爲了去掉空氣的阻力影響,他可以做一爲中空、一爲實體的兩個大小一樣的圓鉛球,來証實「自由落體之加速率與物體的質量無關」!近代科技之發達,要製造出一個真空體系來做此一自由落體實驗當然更是毫無問題的!

source:Filip Knežić
source:Filip Knežić

可是如果研究對象是人,我們可以隔離個人之獨特消化系統,來探討「基因改造的物種」對人體的長期影響嗎?伽利略想到他的實驗結果將受空氣的影響,他可以想辦法「去掉空氣」;我們知道身體對反式脂肪的消化與吸收,絕對與運動、同時進食的其他食物、消化系統、及腸胃系統等等有關,可是我們如何去掉、控制、或隔離它們呢?事實上我們連保證今天的運動效果會與昨天的運動效果一樣都無法做到!

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在無法完全控制實驗條件的環境下,科學家只有訴之於統計了!統計最重要的是取樣;可是不管研究者多小心,因爲人體太複雜了,他們永遠沒辦法找到兩組不同的樣品,其「不必要」的因素完全相同。事實上,即使在理論上也根本無法取得兩組具有相同之「不必要」的因素分布的樣品:即使讓兩個人每天生活在完全相同的「吃衣住行」環境下,任何實驗結果還是將因人而異的!這非常不同於物理學的研究:物理學上也用統計來研究(例如氣體動力學),但它們的樣品組成(例如氣體中的分子)則是完全相同!甲可以在其實驗室設計出與乙一樣的環境,來證明後者的研究結論!

更糟的是:統計的研究方法很容易爲人有意或無意地操縱!例如幾十年來,脂肪一直被認為是食物中最受惡評的「營養」;但2014年6月23日出版之美國時代雜誌(Time)卻謂新的科學證據顯示:脂肪並非大家所想像地那樣對人體有害!爲什麼呢?原來當初大力倡導脂肪有害的齊司(A. B. Keys)博士犯了幾項「人爲」的錯誤:例如取樣不夠隨機(random),而是挑選了較可能證明他所要之答案的國家人民 !在學者越來越不是知識的守護者下(「從陳震遠事件看學術界」,《科學月刊》第537期),這類爲達到預定目標的統計研究(「統計的魔術」《科學月刊》第540期),相信只會越來越多的――苦了龐大的社會群眾,將永遠處在科學的雲霧中,不知所從!

適者生存

另一原因則涉及了筆者最近所談到的「適者生存」(《科學月刊》第532及535期):生物是隨時隨地在慢慢進化的;因此除非環境巨變,我們將很難在短期間內看出某一變化對生物之影響的!二十年對一位研究者而言可能是很長的一段時間;可是在人類演化的過程上,它不過只是一瞬間而已!DDT的廣泛使用對較不複雜的禿鷹而言,是一個環境巨變,因此它們幾乎在美國本土上消失;但對複雜的人類而言,它似乎還未能造成巨災。順式脂肪對我們的健康無甚大害,或許正是人類百萬年進化的一個結果(反式脂肪在自然界中並不普遍) !

你說整天將手機放在耳邊對大腦沒有影響?怎麼可能呢!只是這「環境」改變不夠巨大,因此到底有那些人能夠成為「適者」而生存下來,那可能是幾百年後才可能知道的!例如最近(2015年十月)美國疾病控制及預防中心(Centers for Disease Control and Prevention)注意到了密蘇里州(Missouri)聖路易市(St. Louis)城外的某一社區出現爲數不少的罕見癌病,懷疑可能自從原子時代來臨後,約有兩百五十萬立方公尺的核廢物被丟棄於該城附近所致。細想一下:1950年代之所以敢將大量核廢物置棄於城市附近,顯然那時的科學家及醫界均不認爲核廢物的輻射對人體有巨害;可是60年後的今天,「不適者」已開始出現了!

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結論

在研究與人體有關的問題上,因爲無法隔離各種可能的「因素」來探討直接的因果關係,生物學家與醫學家被迫使用統計法,可惜統計的研究方法除了因人體複雜而取樣不易外,更容易為研究者有意或無意地操縱!再加上人是隨時在隨環境改變的生物,很多的適應與否都是幾十年、幾百年、甚或幾千年後才可能知道的!因此這類的爭論將永無止境的。

使用科學方法來探討自然界最成功的地方應是物理界;但這並不意謂著物理學上就沒有類似的反覆不定的爭論:光到底是粒子或是波動應是最出色、也是拖了最久的一個例子(賴昭正:「量子的故事」;第二版,凡異出版社,2005年)。但這與對人體研究不同的是:物理學家可以在爭論中繼續爲人類造福,可是生物學家與醫學家呢?因爲他們的研究往往涉及我們之日常生活方式的取捨,因此他們的爭論可能爲人類留下難已恢復的創傷。

可是如果讀者因害怕這些未知數而完全投鼠忌器地不用手機、不食基因改造的食物等等,那也未必是正確的:因爲溫室裡的花朵將無法在現實環境下生存的!除非有「突變」,手機與基因改造物種等文明產物的使用將只會越來越普偏,如果只有你完全不用,將來不能適應的可能將只有你一人!「適可而止」可能是最佳的選擇;只是這「適」字完全因人而異――有人抽了一輩子的煙還活到百歲,可是有些人卻因多吸了幾口而英年早逝。這其間的取擇只有靠自己來判斷(請不要盲目地相信研究報告)及求之於祖傳的基因來保護了!

 

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賴昭正_96
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成功大學化學工程系學士,芝加哥大學化學物理博士。在芝大時與一群留學生合創「科學月刊」。一直想回國貢獻所學,因此畢業後不久即回清大化學系任教。自認平易近人,但教學嚴謹,因此穫有「賴大刀」之惡名!於1982年時當選爲 清大化學系新一代的年青首任系主任兼所長;但壯志難酬,兩年後即辭職到美留浪。晚期曾回台蓋工廠及創業,均應「水土不服」而鎩羽而歸。正式退休後,除了開始又爲科學月刊寫文章外,全職帶小孫女(半歲起);現已成七歲之小孫女的BFF(2015)。首先接觸到泛科學是因爲科學月刊將我的一篇文章「愛因斯坦的最大的錯誤一宇宙論常數」推薦到泛科學重登。

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快!還要更快!讓國家級地震警報更好用的「都會區強震預警精進計畫」
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2024/01/21 ・2584字 ・閱讀時間約 5 分鐘

本文由 交通部中央氣象署 委託,泛科學企劃執行。

  • 文/陳儀珈

從地震儀感應到地震的震動,到我們的手機響起國家級警報,大約需要多少時間?

臺灣從 1991 年開始大量增建地震測站;1999 年臺灣爆發了 921 大地震,當時的地震速報系統約在震後 102 秒完成地震定位;2014 年正式對公眾推播強震即時警報;到了 2020 年 4 月,隨著技術不斷革新,當時交通部中央氣象局地震測報中心(以下簡稱為地震中心)僅需 10 秒,就可以發出地震預警訊息!

然而,地震中心並未因此而自滿,而是持續擴建地震觀測網,開發新技術。近年來,地震中心執行前瞻基礎建設 2.0「都會區強震預警精進計畫」,預計讓臺灣的地震預警系統邁入下一個新紀元!

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連上網路吧!用建設與技術,換取獲得地震資料的時間

「都會區強震預警精進計畫」起源於「民生公共物聯網數據應用及產業開展計畫」,該計畫致力於跨部會、跨單位合作,由 11 個執行單位共同策畫,致力於優化我國環境與防災治理,並建置資料開放平台。

看到這裡,或許你還沒反應過來地震預警系統跟物聯網(Internet of Things,IoT)有什麼關係,嘿嘿,那可大有關係啦!

當我們將各種實體物品透過網路連結起來,建立彼此與裝置的通訊後,成為了所謂的物聯網。在我國的地震預警系統中,即是透過將地震儀的資料即時傳輸到聯網系統,並進行運算,實現了對地震活動的即時監測和預警。

地震中心在臺灣架設了 700 多個強震監測站,但能夠和地震中心即時連線的,只有其中 500 個,藉由這項計畫,地震中心將致力增加可連線的強震監測站數量,並優化原有強震監測站的聯網品質。

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在地震中心的評估中,可以連線的強震監測站大約可在 113 年時,從原有的 500 個增加至 600 個,並且更新現有監測站的軟體與硬體設備,藉此提升地震預警系統的效能。

由此可知,倘若地震儀沒有了聯網的功能,我們也形同完全失去了地震預警系統的一切。

把地震儀放到井下後,有什麼好處?

除了加強地震儀的聯網功能外,把地震儀「放到地下」,也是提升地震預警系統效能的關鍵做法。

為什麼要把地震儀放到地底下?用日常生活來比喻的話,就像是買屋子時,要選擇鬧中取靜的社區,才不會讓吵雜的環境影響自己在房間聆聽優美的音樂;看星星時,要選擇光害比較不嚴重的山區,才能看清楚一閃又一閃的美麗星空。

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地表有太多、太多的環境雜訊了,因此當地震儀被安裝在地表時,想要從混亂的「噪音」之中找出關鍵的地震波,就像是在搖滾演唱會裡聽電話一樣困難,無論是電腦或研究人員,都需要花費比較多的時間,才能判讀來自地震的波形。

這些環境雜訊都是從哪裡來的?基本上,只要是你想得到的人為震動,對地震儀來說,都有可能是「噪音」!

當地震儀靠近工地或馬路時,一輛輛大卡車框啷、框啷地經過測站,是噪音;大稻埕夏日節放起絢麗的煙火,隨著煙花在天空上一個一個的炸開,也是噪音;台北捷運行經軌道的摩擦與震動,那也是噪音;有好奇的路人經過測站,推了推踢了下測站時,那也是不可忽視的噪音。

因此,井下地震儀(Borehole seismometer)的主要目的,就是盡量讓地震儀「遠離塵囂」,記錄到更清楚、雜訊更少的地震波!​無論是微震、強震,還是來自遠方的地震,井下地震儀都能提供遠比地表地震儀更高品質的訊號。

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地震中心於 2008 年展開建置井下地震儀觀測站的行動,根據不同測站底下的地質條件,​將井下地震儀放置在深達 30~500 公尺的乾井深處。​除了地震儀外,站房內也會備有資料收錄器、網路傳輸設備、不斷電設備與電池,讓測站可以儲存、傳送資料。

既然井下地震儀這麼強大,為什麼無法大規模建造測站呢?簡單來說,這一切可以歸咎於技術和成本問題。

安裝井下地震儀需要鑽井,然而鑽井的深度、難度均會提高時間、技術與金錢成本,因此,即使井下地震儀的訊號再好,若非有國家建設計畫的支援,也難以大量建置。

人口聚集,震災好嚴重?建立「客製化」的地震預警系統!

臺灣人口主要聚集於西半部,然而此區的震源深度較淺,再加上密集的人口與建築,容易造成相當重大的災害。

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許多都會區的建築老舊且密集,當屋齡超過 50 歲時,它很有可能是在沒有耐震規範的背景下建造而成的的,若是超過 25 年左右的房屋,也有可能不符合最新的耐震規範,並未具備現今標準下足夠的耐震能力。 

延伸閱讀:

在地震界有句名言「地震不會殺人,但建築物會」,因此,若建築物的結構不符合地震規範,地震發生時,在同一面積下越密集的老屋,有可能造成越多的傷亡。

因此,對於發生在都會區的直下型地震,預警時間的要求更高,需求也更迫切。

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地震中心著手於人口密集之都會區開發「客製化」的強震預警系統,目標針對都會區直下型淺層地震,可以在「震後 7 秒內」發布地震警報,將地震預警盲區縮小為 25 公里。

111 年起,地震中心已先後完成大臺北地區、桃園市客製化作業模組,並開始上線測試,當前正致力於臺南市的模組,未來的目標為高雄市與臺中市。

永不停歇的防災宣導行動、地震預警技術研發

地震預警系統僅能在地震來臨時警示民眾避難,無法主動保護民眾的生命安全,若人民沒有搭配正確的防震防災觀念,即使地震警報再快,也無法達到有效的防災效果。

因此除了不斷革新地震預警系統的技術,地震中心也積極投入於地震的宣導活動和教育管道,經營 Facebook 粉絲專頁「報地震 – 中央氣象署」、跨部會舉辦《地震島大冒險》特展、《震守家園 — 民生公共物聯網主題展》,讓民眾了解正確的避難行為與應變作為,充分發揮地震警報的效果。

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此外,雖然地震中心預計於 114 年將都會區的預警費時縮減為 7 秒,研發新技術的腳步不會停止;未來,他們將應用 AI 技術,持續強化地震預警系統的效能,降低地震對臺灣人民的威脅程度,保障你我生命財產安全。

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鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
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人類有可能扮演上帝嗎?喬治.丘奇的基因科學之夢(下)——《未來的造物者》
臉譜出版_96
・2023/11/13 ・4303字 ・閱讀時間約 8 分鐘

人類改良

二○一三年,「去滅絕」觀念在集結分子生物學者、環保主義者與記者的 TED x 去滅絕研討會上廣受接納,與會者討論了讓長毛象、袋狼(Tasmanian tiger)等物種起死回生的可能性。布蘭特在會上發表了一場引人深思的演說,論及生物多樣性的喪失,以及利用丘奇的科技再次賦予滅絕動物生命的機會。他藉著研討會與 TED 平臺推出「基因重現及復原計畫」(Revive and Restore),旨在調查生物滅絕的原因、保存生物學與遺傳上的多樣性,並且應用生物科技修復我們的生態系統。

布蘭特的 TED 演講大受好評,同時卻也令許多人又驚又怒,一些科學家、環保主義者聽到布蘭特想讓滅絕已久的生物死而復生,不禁感到十分驚恐。這可不僅是複製現存的動物那麼簡單——也不是在複製曾經生存在地球上的動物——而是模糊了現存與滅絕動物之間原本分明的壁壘。況且,丘奇也表明自己不僅對長毛象與鴿子感興趣,還想拿尼安德塔人(Neanderthal)的 DNA 來做實驗——他不僅想復活其他動物,甚至想改良人類。

尼安德塔人。圖/wikimedia

你也許和過去的科學家一樣,認為尼安德塔人是原始的次人類物種,基本上就是粗獷、野蠻版的人類。不過從近期的研究看來,尼安德塔人其實十分聰明,他們不僅建造了有組織的文明,以物種而言也十分成功,存活了二十五萬年。(作為對比,研究者認為最古老的智人〔Homo sapiens〕生存於三十萬年前的地球。)尼安德塔人的身體能有效保溫,因此能在嚴酷的環境生存,而且他們非常強壯——這部分倒是符合人們對他們的刻板印象——卻也擁有良好的精細肌動技能(fine motor skills),能夠做到精細的動作。若製作智人與尼安德塔人(Homo neanderthalensis)的雜交種,或許就能創造較健壯的人類物種,這種新尼安德塔人可能可以面對現代的氣候變遷難題與極端天氣事件,也比較有可能在遷徙至全新環境時存活下來。

目前已經有人定序歐洲與亞洲出土的幾組尼安德塔人化石基因體,接下來科學家便能小片段分析與合成此基因體,在人類幹細胞中拼組出正確的尼安德塔人 DNA 序列,如此一來,理論上就能做出尼安德塔人複製體了。我們來聽聽丘奇的說明吧:

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你會先從成年人類的幹細胞基因體著手,逐步反向操作回推至尼安德塔人基因體,或者是合理程度上相近的基因體。這些幹細胞可以生產組織與細胞。假如未來社會接受複製動物的觀念,也重視真正的人類多樣性,那甚至能將完整的尼安德塔人複製出來。

出生於現代的尼安德塔人當然會面臨許多挑戰,舉例而言,典型的西方人飲食多為乳製品、精緻穀物製品與加工食品,即使是鐵胃的尼安德塔人可能也無法消化塔可鐘(Taco Bell)的起司玉米片多力多滋瘋狂塔可餅——你如果沒吃過,可以把它想像為多力多滋做成的塔可餅,裡頭包著調味過的廉價絞肉與抗結劑做成的切達起司混合物。尼安德塔人再怎麼健壯,兩份塔可餅下肚後,他們——還有他們的史前消化系統——想必也會舉旗投降。

塔可鐘的起司玉米片多力多滋瘋狂塔可餅。圖/Taco Bell

你或許認為復活尼安德塔人這種想法糟糕至極,那如果我們單純借用幾段尼安德塔人基因,稍微修改人類自己的身體呢?你想想看,尼安德塔人可是沒有乳糜瀉(celiac disease)這種疾病,不會像現代一些人一樣對麩質過敏而導致身體疼痛。他們的免疫反應與我們不同,研究者也許能藉助尼安德塔人免疫系統,找出根治類風溼關節炎(rheumatoid arthritis)、多發性硬化症(multiple sclerosis)與克隆氏症(Crohn’s disease)等自體免疫疾病的方法。此外,尼安德塔人的骨骼非常堅硬,我們也許能借用骨骼密度相關的基因,用以治療數億女性在逐漸老化時不得不面對的骨質疏鬆問題。

***

你也許會覺得混合尼安德塔人與智人基因並讓代理孕母生下這樣的融合生物,聽起來完全就是恐怖片或反烏托邦科幻小說的劇情——沒錯,許多虛構作品的確探討了類似的議題,而在大部分故事中,人類試圖改變上帝偉大的計畫時,往往會招致災難。這類作品包括:H.G.威爾斯(H. G. Wells)的《攔截人魔島》(The Island of Dr. Moreau,一八九六)、阿道斯.赫胥黎(Aldous Huxley)的《美麗新世界》(Brave New World,一九三一)、法蘭克.赫伯特(Frank Herbert)的《沙丘》(Dune,一九六五)、娥蘇拉.勒瑰恩(Ursula Le Guin)的《黑暗的左手》(The Left Hand of Darkness,一九六九)、南希.克雷斯(Nancy Kress)的《西班牙乞丐》(Beggars in Spain,一九九一),以及理查.摩根(Richard Morgan)的《碳變》(Altered Carbon,二○○二)。這同時也是《星艦迷航記》(Star Trek)與漫威(Marvel)X戰警(X-Men)系列頻頻討論的議題,後者的反派角色萬磁王(Magneto)甚至打算「讓智人臣服於變種人!」。

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綜觀歷史,無論是科學或社會都不樂見任何人扮演上帝,甚至是談論扮演上帝相關的議題。瑪麗.雪萊僅僅是撰寫了關於怪物的故事——並不是創造出真正的怪物——就因為故事太具顛覆性而不敢以本名出版作品,以免政府剝奪她扶養孩子的權利。

桃莉羊被複製出來時引起許多恐慌。圖/giphy

桃莉羊成功複製出來時,全球各地無數人召開了緊急會議與記者會,幾乎無人注意到桃莉羊計畫明文道出的宗旨:增進我們對生物發育過程中細胞變化的瞭解。人們迅速做出了極端負面的反應,密蘇里大學聖路易斯分校(University of Missouri in St. Louis)醫學倫理學者隆納.孟松(Ronald Munson)博士對《紐約時報》表示:「精靈已經從神燈裡放出來了。」他接著質問道:下一步會是什麼,難道要用十字架上的一滴血把耶穌基督也複製出來?波士頓大學(Boston University)公共衛生學院公衛法律系主任喬治.安納斯(George Annas)教授也對生物學與遺傳學界表示譴責。「正確的反應該是驚恐才對。」他說道,並聲稱按邏輯推演,下一步想必就是複製人類了。「父母並沒有權利收集孩子的細胞,做出那個孩子的複製品。大眾對於複製人的反對聲浪是對的。」蘇格蘭教會甚至正式頒布教令,要求聯合國通過具約束力的禁令,禁止複製生物行為。該教會引用《舊約》的《耶利米書》(Jeremiah)1:4-5,表明人類不可取代上帝:「耶和華……〔說〕:『我未將你造在腹中,我已曉得你;你未出母胎,我已分別你為聖。』」美國總統比爾.柯林頓特地舉辦一場活動並安排電視轉播,在活動上宣布禁止聯邦政府提供經費給任何複製人類相關的研究計畫。

CNN與《時代》(Time)雜誌在一九九七年三月一日發表的調查結果顯示,多數美國人突然對核轉置技術——生物複製技術之一——產生了明確的意見。現在說來你也許會覺得難以置信,不過在桃莉羊誕生前,那些人大多從未花心思想過複製生物議題,也從沒思考過核轉置技術相關的問題。那份調查中,三分之一填答者表示他們為桃莉羊的存在深感不安,甚至願意參加反對生物複製的公眾示威與抗議。在桃莉羊問世將近二十五年後的今日,我們獲得了重要的知識、新生物科技,以及對生命運作模式更廣泛的理解。地球可還沒被惡魔複製羊攻占呢。多虧了桃莉羊,科學家開始複製成人的幹細胞,進而創造出人工「誘導性多功能幹細胞」(induced pluripotent stem cell,iPSC),並將之用於醫學研究。有了 iPSC 之後,利用胚胎做研究的需求減少了,多少消弭了胚胎研究多年來引起的倫理疑慮。研究者能用 iPSC 研究老化過程——並且首次將成年細胞再程序化,表現出年輕細胞的特性。這類研究開啟了新一道大門:人類也許能使用各種幹細胞療法治療疾病,畢竟解藥若出自病人自身的遺傳密碼,那就不可能受免疫系統排斥了。今天已經有許多再生醫學療法可用以治療血液相關疾病,其中包括白血病、淋巴癌(lymphoma)與多發性骨髓瘤(multiple myeloma),以及心衰竭等其他退行性疾病。

研究者能用 iPSC 研究老化過程——並且首次將成年細胞再程序化,表現出年輕細胞的特性。圖/giphy

要改變人們的信念與觀感往往要花費大量時間,而這也無可厚非——我們畢竟受數百年的著作與根深柢固的社會價值觀影響。科學家經常在無預警的情況下發表驚天動地的新發現,當我們面對這些挑戰現存思想的新聞時,自然會感到震驚、疑惑,甚至是焦慮,而有時連科學界內部人士也會感到不安。當丘奇的生物去滅絕想法廣泛傳開後,《科學人》(Scientific American)的編審委員會在二○一三年寫了一篇帶諷刺意味的譴責文章,主要論點是丘奇花在這份實驗性技術上的金錢,應該用在傳統保育行動上才對。丘奇自己也在《科學人》發表一篇文章反駁他們,在文中鎮定地說明讓滅絕生物復活的目的,並表示自己的計畫不是為了製作「絕種生物的完美活體複製品,也不是為了成為實驗室或動物園裡一次性的展演」。他解釋道,他的研究重點是探討我們能對現存生態系統做出的調整,以確保在人為環境變遷過後,人類仍能存活下去。

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截至二○二○年十二月,丘奇與他的哈佛研究團隊已逐步逼近他們複製長毛象的「巨大」目標了。亞洲象的基因體和長毛象約有百分之九十九.九六相似,然而剩下那百分之○.○四加總起來卻等同DNA序列當中的一百四十萬處差異。這些差異大多無關緊要,不過在我們寫這本書的目前為止,丘奇團隊已辨識出一千六百四十二段重要的不相似基因,仍須持續做研究才有可能複製出長毛象。團隊還在努力逐一設計、測試與微調他們在實驗室裡培養的細胞,希望能製作出正確的基因序列,讓類似長毛象的亞洲象得以存活下來。他們希望能用長毛象與亞洲象相似的基因作為基底,只不過這頭大象會擁有長毛象濃密的毛髮、適應嚴寒氣候的血紅素、積存多層脂肪的能力,以及其他優點,例如可讓鈉離子通透的細胞膜,這對長毛象適應冬季嚴苛環境大有幫助。在調整出正確的特性組合之後,研究團隊便能將這些改良版皮膚細胞注入幹細胞,做出活生生的(有點長毛的)長毛象。丘奇與德州企業家班恩.拉姆(Ben Lamm)在二○二一年九月成立了巨大公司(Colossal),專門支援他們的長毛象研究計畫。

假使成功製造出長毛象,這些二十一世紀版的長毛象將會居住在新的家園裡——一個靈感起源於小說家麥克.克萊頓(Michael Crichton)作品的新家,只不過這地方不會取名為侏儸紀公園,而會以更新世為名。更新世公園(Pleistocene Park,沒錯,真的是這個名字)是位於西伯利亞的實驗區,許多原生物種在多年工業化衝擊過後,終於得以重返這個自然保護區,在此再野化(rewild)的物種包括雅庫特馬、加拿大馬鹿、美洲野牛、犛牛等動物。若將修改版長毛象野放於此,就能看出大動物踩踏雪地與永凍土是否能改善氣候問題了。

——本文摘自《未來的造物者》,2023 年 11 月,臉譜出版,未經同意請勿轉載。

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你知道基因改造,那知道「基因編輯」技術嗎?讓專家一次告訴你!
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・2022/06/29 ・3505字 ・閱讀時間約 7 分鐘

英國環境食品與鄉村事務部(DEFRA)於 2022 年提出的《基因技術(精準育種)法案》。
圖/envato

英國環境食品與鄉村事務部(DEFRA)於今(2022)年 5 月 25 日提出的《基因技術(精準育種)法案》(Genetic Technology (Precision Breeding) Bill),6 月 15 日已過二讀討論,6 月 28 日將進入下一個審議階段。該法案針對精準育種的動植物,以及由這些動植物生產出的食品與飼料,提供開放銷售相關的風險評估。

台灣科技媒體中心邀請專家說明目前的研究與技術,4 位專家皆解釋精準育種技術更能縮短育種作物的時程,並指出該法案可供臺灣參考的面向。

法案修訂,提升糧食生產策略的重要性

臺灣大學生物科技研究所教授 兼 生物資源暨農學院副院長 劉嚞睿 表示,目前各國用基因編輯技術,做為基礎開發的新興精準育種技術產品,管理方式並不一致。所以目前國際上,是否以基因改造生物的規範來管理新興的精準育種技術產品,仍未達成共識,會影響新興精準育種技術產品的開發。

成功大學生物科技與產業科學系副教授 郭瑋君 指出,過去,美國對科技作物相對開放,而多年來歐盟強力反對。英國作為歐洲的三大強權之一,提出此修訂案,開放精準育種作物的產業研發及銷售,反應出此技術不再只是美國自身的國際貿易考量,而是提升未來糧食生產的重要策略。

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英國開放精準育種技術,可能是提升糧食產量的重要策略。圖/envato

郭瑋君認為,這對全球有顯著的指標作用,相信此舉也會帶動歐盟未來思量修改相關法案。但郭瑋君也指出,該法案所提的專一基因編輯,在臺灣的精準育種技術只在研究單位進行,以分析作物的基因功能為主,目前仍未發展於產業育種。

郭瑋君表示,精準育種技術可以直接修改植物的基因,因此最大的潛力是可以去除造成植物生長弱勢的基因,而提高生長能力及永續栽培方法的應用。她說,精準育種技術可以顯著縮短育種時程,從 10 年縮短到 1 年半,這在因應氣候變遷造成每年極端氣候,加快培育有抗性的作物品種,有極大的助益。

郭瑋君舉例,自精準育種技術於 2013 年成功改變植物基因後,2017 年美國食品藥物管理局(FDA)即已核準了精準育種可抗旱的大豆、増加含油量的亞麻,及不會變黑的蘑菇上市。

臺灣大學農藝學系副教授 蔡育彰 表示,英國提出修訂精準育種法案,是繼美國、澳洲、日本等國之後,將基因編輯作物與基因改造作物做出區別。

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目前已訂定法規中允許的精準育種作物,主要是影響作物本身特定的基因表現。

精準育種可以大幅縮短育種時程、因應快速來臨的極端氣候。圖/envato

蔡育彰認為,這種改變原本特定基因表現的作物,與現行一般育種方法所育成的作物相似,若再輔以目前成熟的全基因組定序分析技術,可完整的比對出精準育種作物與對照品種的基因組序列差異,後續相關安全性評估可與過去一般品種育成的流程相似。

臺灣海洋大學水產養殖學系副教授/前系主任 龔紘毅,同時也是執行科技部、農委會與多項產學合作的計畫主持人。龔紘毅指出,精準育種技術幫助我們減少對農藥及抗生素的依賴,減少對環境的影響並改善動物福利,增加動植物的營養價值,從而提高糧食系統的生產力、復原力及可持續性。

龔紘毅說明,臺灣現在發展的精準育種技術有「基因體選育」(Genome selection)與「基因體編輯技術」,前者需要有明顯不同性狀的族群樣品並選育物種,但相對也會投入很高的成本,較適合少數高產量與高經濟規模的物種。

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臺灣現在發展的精準育種技術有「基因體選育」(Genome selection)與「基因體編輯技術」。
圖/envato

龔紘毅表示,臺灣在農業基因體學和遺傳技術有豐沛的能量及基礎研究,可借鏡英國法規,制定輕度監管的方式,釋放研發及促進農業產業發展的能量,且制定符合台灣最大效益的規則。龔紘毅提到,日本專家及政府在制訂精準育種法規的前瞻性、推廣經驗與鼓勵新創,也值得臺灣加以借鏡學習。

他指出,日本與臺灣均為水產消費大國,日本雖然在基因改造生物(GMO)法規上嚴格管理,但學界與政府認為基因編輯技術在精準育種具有龐大的發展潛力,因此在基因編輯法規超前部署,制定明確且兼顧產業發展與生物安全的法規制度。同時在科學教育及注重新興技術與民眾溝通、宣導和知的權利。

精準育種,相對縮短培育時程

劉嚞睿說明,依臺灣「食品安全衛生管理法」定義,基因改造是指使用基因工程或分子生物技術,將遺傳物質轉移或轉殖到活細胞或生物體,產生基因重組現象。基因改造技術食品含有外源基因,對人體健康與環境生態可能有影響。

不過他舉例,三種基因編輯技術中,其中兩種技術的衍生產品,不含有外源基因。所以除了歐盟仍以基因改造生物的規範進行管理以外,大多數國家認定風險與安全性應與傳統育種無異,故認為不屬於基因改造產品。

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劉嚞睿指出,基因編輯技術可在不含外源基因的情況下,精準快速的改變生物體內特定的基因序列,大幅縮短育種時間,帶動新興精準育種技術的發展。但此精準育種技術,透過人為的操控物種基因體,甚至影響物種的基因多樣性,仍引起諸多道德倫理與社會價值的矛盾與衝突。

用人為方式改變生物基因的精準育種技術,仍有道德倫理上的疑慮。圖/envato

蔡育彰說明,精準育種使用的基因編輯技術,與傳統基因改造不同,傳統基因改造是經由外加的基因。他指出,實際應用的困難在於,精準育種此技術應用在不同作物、品種和品系上,效率也都不同。由於目前法規允許的精準育種技術有限制 DNA 序列的變異型式,應用於許多現行栽培的作物種類上可能預期效果較有限。蔡育彰也提醒,精準育種技術的應用也需要對目標作物的基因組序列有完整的了解。

郭瑋君指出,基因改造主要技術核心是,永久放置「非植物」的基因片段於農作物體內,如抗病或抗蟲或抗農藥基因,可能來源是昆蟲或細菌,以提高基因改造作物的產量。因此這些外來基因在作物內會產生外來的蛋白質,可能栽種時造成其它生物如昆蟲的生長或演化上的變異,在食用時可能成為人類食物的過敏源。

郭瑋君解釋,精準育種技術是直接去除或變異「植物」本身的基因片段,最終的育種作物不會有外來的基因或蛋白質。

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與基因改造不同,精準育種的基因編輯技術,只會剔除、不會新增外來基因到農作物體內。圖/envato

龔紘毅解釋,精準育種中的基因編輯技術,讓科學家能幫助農民和生產者開發出有益處的植物和動物品種,這些也能通過傳統育種和自然過程發生,但基因編輯可以更有效和更精準的大幅縮短選育新品種所需的時間。

台灣科技媒體中心表示,目前英國的精準育種技術仍屬於基因改造生物(GMO)法規的監管下,若此法案通過,將有利於精準育種技術與產業發展,但是,使用精準育種技術的作物是否納入或獨立於「基改作物」的法規規範,仍待持續關注與討論。雖然英國、紐西蘭、澳洲等都有專家長年持續的討論基因改造作物與基因編輯作物的技術,但在臺灣仍十分缺少對此科學議題的專業看法與討論

台灣科技媒體中心總結,透過科學家說明目前的研究與技術,能幫助在科學技術被誤解之前,提供正確的資訊以利討論。雖然這次是在英國提出的精準育種法案,但未來臺灣若有相關發展,也可以做為參考的資料。

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