打造天生贏家：DNA和演化的強力證據

追隨演化論鼻祖──達爾文的腳步，Sean B. Carroll在本書以輕鬆的筆調、配合科學實例、從分子生物學與演化發育學的角度告訴我們：演化隨時在發生並且可以計算、亙古以來的生物皆擁有共同的「不滅基因」、如何從「化石基因」看出環境的變遷和生物演化，同時也讓我們知道，為什麼演化不斷重演、人類和其他生物的演化競賽、生物如何從簡單變複雜，書末以歷史證據辯駁「神造論」，最後再提醒我們，人類正在改變地球的未來。《打造天生贏家》是一個寶庫，裡頭充滿了演化如何運作、演化的重要性，還有這些過程是如何塑造出人類和世間萬物的全新知識。

Sean B. Carroll是美國霍華修茲醫學研究所的研究員，也是威斯康辛大學麥迪遜學區的遺傳學教授，著有《蝴蝶、斑馬與胚胎：探索演化發生學之美》等書。他是當代重要生物學家之一，《時代雜誌》、《美國新聞和世界報導》、《發現雜誌》、《紐約時報》等出版物常特別報導他的前瞻性科學發現。

【譯者簡介】
楊佳蓉，台灣大學外國語文學系畢業，現為自由譯者，背負文字橫越語言的洪流，在翻譯之海中載浮載沉近兩年。譯有《爛工作的三個跡象》（大是文化）、《白色長頸鹿》系列（冠品宏文化）等書。

【導讀與推薦】
首先，我必須誠實地說，當我在1997 年第一次聽到本書作者西恩‧凱洛（Sean Carroll）的大名時，心中是有些疑惑，甚至是不服氣的。因為，我的前指導教授麥克‧艾肯 (Michael Akam)，以及喜愛演化發育學（Evolutionary Developmental Biology; 常被簡稱為「Evo-Devo」 ）的同事，對他在蝴蝶翅膀斑點的研究，簡直是推崇備至而且到了著迷的地步。當時才剛剛進入博士班的我心中想著：研究蝴蝶翅膀上的斑點有什麼了不起的？要不是史恩‧凱洛和我所喜愛的前００七巨星史恩‧康納利（Sean Connery）有著相同的大名，甚至連姓唸起來都有點像，我可能對他不會有印象。然而，隨著對發育生物學文獻之涉獵逐漸加增，很快我就察覺到自己的幼稚，同時也發現史恩‧凱洛是位「超人氣」的科學家。 初次接觸凱洛作品的讀者，可能會覺得他是一位專職的科普書籍作家：因為他的文采豐富，不像一般科學家慣於制式的論文寫作；再者，他總是旁徵博引，尋得許多跨領域的證據來闡述其論點。這其實是一般整天待在學術單位的科學家所無法想像的事（至少我目前完全辦不到），因為光是撰寫研究計畫和期刊論文就覺得時間不夠用了，怎麼還有閒情逸致去從事科普書籍寫作？然而事實是：凱洛辦到了，而且看來好像還游刃有餘。舉例來說，他是國際知名的細胞與發育生物學家，研究論文常見諸頂級之學術期刊；他的研究室長年受美國霍華休斯醫學研究所（Howard Hugh Medical Institute）支助。這在美國，是研究卓越的表徵。同時，他在2007年當選為美國國家科學院院士。除了這本2006年出版的科普作品，2001年至 2009年期間他還寫了另外三本科普書籍，外加兩本專業教科書。去年八月下旬，分子細胞學頂級期刊「細胞（Cell）」雜誌的封面特別以醒目的獅子、麋鹿、果蠅等圖案，介紹凱洛的研究室對調控果蠅雌雄性狀分子網路的貢獻，因為這項研究成果對動物性狀決定有著重要的啟發。由此可見，凱洛仍處研究顛峰。關於凱洛其它的英勇事蹟，請讀者自行「Google」「Sean Carroll and HHMI」這個字串。 不管是蝴蝶翅膀斑點，或是果蠅胚胎發育的研究，凱洛總愛探討基因在不同物種所扮演的角色，這也是他的研究吸引人的地方。而且他每每歸功精彩之處給「演化」，也正是本書之中心議題。我相信「演化」對大部分的讀者不是一個陌生的名詞，自中學至大學的生物學課本對查爾斯‧達爾文和他所提出的演化論，或多或少都有所著墨。其實，連近年來小學生喜歡看的「神奇寶貝」卡通，都大量引入演化（劇中用「進化」這個稱謂）的橋段，因此許多小學生 (當然包括我的小孩) 對進化朗朗上口。只是卡通中的「進化」與達爾文的「演化」差異甚大，甚至背道而馳。不過老實說，許多大學生、研究生所知道的演化論，真的比「神奇寶貝」的進化論好不到哪兒去。就我的觀察，研究生在專題報告中常對一知半解的生命現象以「某某物種演化出某種形態、行為或機制」來掩飾研讀文獻之不力。他們口說「演化」，卻提不出演化之證據，讓人覺得演化若有似無，難以捉摸。不管你同不同意、或喜不喜歡「演化」，凱洛在這本書將以DNA的證據來說服你「演化」的存在，也順道帶你認識演化的分子原理。若把達爾文比喻成一位十九世紀的刑警，只能靠著辛勤地蒐證與豐富的辦案經驗來破案，凱洛就好像二十一世紀的鑑識科學家，直接利用 DNA 這樣的微物證據，讓案情急轉直下，瞬時明朗。當然，讀者可扮演法官的角色，用自由心證去研判凱洛所提供之證物的「證據力」。 我還要向讀者坦白一點：我之所以熱愛研讀演化發育的文獻，以及從事相關工作，主要是因為在那純白無瑕又變化多端的胚胎當中，可以欣賞基因的表現。至於會聯想到與演化的因果關係，都是在熱愛的情緒稍退後，回復到較理性層次時的事了。我不敢代替達爾文或凱洛發言，不過我猜他們兩位對生物形態變化的多樣性一定相當著迷，到了一個程度，他們不得不問：這到底怎麼來的？的確，生命現象之何去何從，不僅不該被忽略，更應該是波瀾壯闊的一章；這個問題的進一步探索，直指人類「我從何而來？我為何而生？」之中心議題。很可惜的是，因著意識型態之爭，達爾文的「演化論」與聖經的「創造論」長期以來都嚴重地遭到扭曲而失焦。可喜的是，凱洛以現代鑑識科學「最夯的」分子──DNA，重新詮釋演化。這是達爾文生前無法利用的證據，因為距1859年出版「物種原始」（On the Origin of Species）至1952年賀西與崔斯（Hershey and Chase）証實 DNA 為遺傳物質，與1953年華生與克立克（Watson and Crick）發表 DNA 之雙螺旋結構，中間長達九十餘年之久！ 跟隨著凱洛的生花妙筆一路前進，你會自覺彷彿置身於「分子博物館」內，聆聽那帶有感情的筆鋒，將標本背後的演化奧秘娓娓道來。如果你對演化尚有存疑，甚至堅決反對，我仍推薦你不妨試讀第一章──有關南極冰魚為何可在極地的海域生存的描述，因為那是我目前看過最「溫和」、也是最有趣，替演化存在說項的例子之一。或許，在讀完南極冰魚後，你就會有興趣，甚至迫不及待地想要瞭解其它章節所提到的「視錐細胞基因」、「化石基因」、「癌細胞基因重複演化的抗藥性」等案例。對於同樣身為基督徒的讀者，不論你同意或不同意演化，容我提醒：凱洛在書中並沒有以 DNA 的證據，或以演化存在之觀點，來否定耶穌基督的信仰，以及上帝存在的權能。坦白說，這著實使我鬆口氣。而且，摒除以毫無科學根據之意識型態來否定演化的存在，才是凱洛亟欲表達的觀點（詳見第九章）。不知是巧合或是特別安排，本書首章舉南極冰魚之存在為例，末章則以大西洋鱈魚所受之生存威脅作為結尾。凱洛以演化的觀點揭露魚類可藉由DNA 的變異而存活於冰冷的海域，然而魚類的 DNA 也可因人類的濫捕而戛然消失；演化並不因前者之誕生與後者之凋零而停止其腳步。我們應當警覺的是：濫捕所造成的海洋生態浩劫，正以超乎我們預期的速度威脅全球生物之生存。當然，人類自當無法置身其外。值是於此，與其自困於演化存在與否之爭，何不以耶穌「愛鄰舍」之精神來搶救我們生存的環境？ 最後我要特別提到，凱洛這本大作之原書名依直譯應該叫做「造就最適者（The Making of the Fittest）」。經過和羅宏仁社長腦力激盪後，我們將「最適者」改譯成「贏家」。一方面因為「最適者」這個名詞很少出現在我們的日常用語，若用它當作書名，恐怕在讀者尚未開卷之前，已被文縐縐的書名給嚇跑了。另一方面，我們希望讓讀者重新思考「贏家」的真正意涵。其實，在漫漫的生物史當中到底那些物種是「贏家」呢？是那些身強力壯的物種嗎？若是，恐龍迄今仍應主宰這個世界。若不是，看來好像是那些在各自生態區位（Niche）當中活得不錯的生物。然而，真的是這樣嗎？恐怕真正的獎項是落在由 A、T、C、G 四種鹼基所組成，而且會變異、會複製的 DNA。請不要忘了：這個雙螺旋分子正存在你、我以及成千上萬物種的細胞中，勇敢面對各式各樣的挑戰。 我要特別感謝劍橋大學麥克‧艾肯教授與萊斯特大學（University of Leicester）艾略克‧傑弗瑞爵士（Sir Alec Jeffreys）分別帶我進入演化發育與鑑識DNA （Forensic DNA）的領域。當我在2003年決定重回發育學的領域時，從來沒有想過這兩個看似不相干的領域，竟在凱洛的生花妙筆下產生交集！ 張俊哲 於2009年農曆春節的鞭炮聲中 【出版序】 當這本書稿送到出版社時，南極冰魚的故事立即深深吸引我。演化竟是如此奧妙，連脊椎動物賴以為生的紅血球都可以放棄！細讀內文後，心中對演化的許多疑問逐步獲得解答，而最令我驚異的是，地球上所有生命，包括現存的和已滅絕的，竟皆帶有相同的「核心基因」！它們歷經數十億年演化的淬鍊，一直留存在生物體內，多麼堅韌與偉大呀！ 觸摸不到的分子生物對一般人來說，常覺得高深莫測。Sean B. Carroll在書中卻運用許多活生生的例子，卸除一般人對分子生物學的畏懼。雖然還是免不了會使用一些術語或專有名詞，但並不妨礙閱讀，反倒是讓有心的讀者可以進一步去了解這些術語或專有名詞。因此，也為了保留原味，原文書末的參考文獻全部登錄進來，只不過原文以穿插在文章中的方式呈現，譯者幫我們整理成表格的方式，方便查閱與對照。 希望這本書能讓對演化有興趣的讀者，透過Carroll的專業知識和平樸有趣的文筆，深入了解演化。而對剛開始想了解演化的讀者來說，把這本書當一般科普小說，讓它引領進入演化的殿堂，你的入門將超越傳統，立即跟上最新潮流。

【前言】 超越一切合理的質疑 「被忽略的事實不代表它不存在」 ──阿爾度斯．赫胥黎（Aldous Huxley） 1979年，懷孕九個月的戴安娜．格林（Dianna Green），遭到毆打，未出世的孩子死於重創，雖然她喪失記憶，在法庭上連自己的名字都拼不出來，她仍指控丈夫凱文．格林（Kevin Green）就是打傷她的人。於是，格林被判謀殺和意圖謀殺。 1996年，加州司法部實驗室以DNA分析這個17年前的謀殺場景。他們比較證物和格林的DNA資料，調閱最新建立的罪犯資料庫，發現這份證物和另外一名犯下四起謀殺案的兇手相符，這名兇手葛瑞德．帕克（Gerald Parker），當時因違反假釋規定入監服刑。面對DNA證據，帕克承認他犯下此案，之後被判死刑；格林終於獲釋了，但他已經因未犯之罪入獄16年之久。 DNA分析法比纖維或是指紋鑑定還要精確，也比目擊證人還值得信賴，它能提供決定性的證據，證明某人是否出現在犯罪現場。DNA證據的權威，加上數起和格林一案類似的案例，已經在犯罪司法系統掀起一場革命：大量使用DNA驗證，可以揪出犯人，還無罪者清白。許多發生在過去的犯罪事件，都被視為無解之謎；現在，則可以如期破案，就連數十年前的懸案也不例外。另一方面，免除罪責的人數不斷上升。例如，「無罪專案」這個組織提供貧困者與DNA證據相關的免費上訴服務。他們指出，在過去13年有150名無罪者獲釋，其中有些人甚至曾經被判死刑。 DNA化驗的威力不只表現在司法犯罪，連親緣鑑定、遺傳疾病檢驗也都托DNA科技的福。但在某個領域中，這種力量尚未被廣泛接受，這個領域稱為哲學。 每個人的DNA序列都不相同，各個物種的DNA序列也是獨一無二的。每個物種間的演化，從生理形態到消化代謝，都是來自DNA的變化，物種間的「親緣關係」也記錄在DNA上。DNA包含了演化的終極紀錄。 這點又帶來了一個有趣的矛盾：陪審團和法官依賴DNA證據決定被告有罪與否，決定上千人的命運是生是死──美國公民看起來百分之百支持這項科學發展。奇怪的是，根據民意調查，超過50％的美國民眾質疑，甚或徹底否定生物演化的事實呢！很明顯地，我們對DNA科技的應用比DNA所蘊含的演化意涵較無爭議。 一個多世紀以前，在一本繼達爾文之後的重量級演化學著作中，威廉．貝特森（William Bateson）用以下的勸戒作為開場白：「如果舊的證據幫不上忙，那我們就來找些新的證據吧，我相信現在許多博物學家已經開始認知到這個改變了。」 由於DNA科技已經滲透到日常生活的各個層面，現在正是重新出發尋找新證據的時候。本書的目標就是提出一系列新的DNA證據，以說明演化的事實。過去幾年中，生物學研究已從各種生物（包括人類和我們的近親）身上，得到大量史無前例的DNA證據。在過去二十年間，我們資料庫中的DNA序列增加到4萬倍，而且大部分都是在這個世紀初解讀出來的。換個方式來看看這個數字的意義：1982年，我們所知的生物DNA序列僅有將近一百萬個字碼，如果印在紙上，差不多可以填滿一本像這本尺寸的書。到了現在，我們所知的DNA序列若是印成書，大概可以疊出兩座台北一０一，甚至更高。這棟生命的圖書館每年還會增高三十多層樓呵！ 的確，這些書裡所記載的原始DNA密碼能建構出各種細菌、真菌、植物、動物。然而，它們的內容卻只是由四個字母──A、C、G、T排列組合而成儘管如此，它們卻代表著演化生物學史上最偉大的機會之一。生物學家正在挖掘這項豐富的新資源，期許透過研究，以解開自然史上一些最迷人的謎團，並進一步期待能夠鉅細靡遺地揭露，自然界各種重要性狀的演化過程為何。這本書要說的故事是關於基因體學這門新科學，如何透過對各物種DNA廣泛而特別的比較性研究，來深度拓展我們對生命演化的認知。 基因體學能讓我們看到演化過程的深層內涵。達爾文之後的一個多世紀內，大家只能在雀鳥或是蛾的繁殖和生存中發現天擇的作用。現在我們可以知道，「最適者」是如何產生的，因為DNA中包含的各種資訊是達爾文無法想像的。不過，這些資訊讓他的天擇理論更加堅不可摧。我們現在可以標定DNA中特定的變化，了解這些變化如何讓物種可以適應不斷改變的環境，進而演化出新的生命型態。 這種新的認知不只提供我們鑑識證據，還帶給我們驚喜，因為它擴展我們心中對演化的想像。舉例來說，在各個物種的DNA紀錄中，我們可以找到「化石基因」的DNA片段。他們曾在生物祖先身上完整無缺，並且為生物祖先所善盡其用，但如今已衰退且變得缺乏用途。這些遺骸讓我們知道，有些性狀和能力隨著物種演化出新的生命型態而被捨棄。 DNA紀錄同時也揭露演化能夠不斷重演。不同的物種（像是蝴蝶和人類）會經由相同的方式，進行類似或迥異的適應歷程。這證明了面對相同的挑戰或機會時，在生命史上不同的時間地點會得出相同的解答。這種重演的情形，推翻先前我們認為「如果讓生命史重新來過，結果會不同」的想法。 DNA證據帶來了人類起源和早期文明的創新論點。雖然解讀人類的基因組已經成為主流，但是解讀其他靈長類和哺乳類的基因與基因組，卻讓我們可以解釋人類基因內容的意義。我們的基因含有許多洩露天機的線索，可以讓我們探討我們為什麼會有所不同，以及我們是如何演化成現在的樣子。許多基因帶著天擇留下的疤痕，它來自我們祖先與微生物之間的長期戰爭。數百萬年來，這些微生物一直困擾著人類的文明。 我在寫作這本書時，心中預設了好幾種讀者。對自然史有深厚興趣的第一類讀者，我將引導他們在地球上漫游，導覽他們認識許多分別適應了溫泉、洞穴、叢林、火成岩，還有深海等特殊環境的物種。告訴他們，這些物種只要改變少數幾個字碼，就可以大大改變複雜生物體的形態或生理機能。這正是這類新知彰顯演化的宏偉之處。第二類讀者是學生和老師，我把重點放在我覺得最能夠描繪出演化過程的最佳例證上，加強並擴展我們對豐富的生命多樣性和適應能力的敬畏。大部分我在書中敘述的例子尚未列入教科書，不過其中有許多將會成為演化學的重要篇章。第三類讀者是那些想要探究演化論反對者的浮誇言論與偽科學的人。對這些讀者，我會提供一些背景知識，讓他們了解那些用來質疑和反對演化論的伎倆與辯解；我還會舉出足夠的科學證據，使這些辯解煙消雲散。 新的DNA證據所扮演的角色，不僅僅在於闡明演化過程，在學校和社會大眾對演化論的接受度中，它也具有決定性地位。陪審團依賴基因變異和DNA證據決定嫌疑犯的命運，但他們卻反對教授這些證據背後的基本原則，以及整個生物學的基礎，這可不是普通的矛盾。反演化論運動建構在完全錯誤的遺傳學與演化過程的概念上，我在書中所展示的新證據，不只顯示生物演化是生命多樣性的基礎，而且我認為這些新證據可超越任何合理的質疑。