圖中那個 South Talpatti 島，原本是印度與孟加拉的領土爭議，現在問題「不翼而飛」，因為海水上升最近已把其淹沒。Source: Foreign Policy Blog
2010年3月26日 星期五
2010年3月25日 星期四
追尋第六感
眼皮跳，吉兇之兆；外祖母風濕痛，快要打風；索羅斯背痛，跌市將臨。
視覺、聽覺、味覺、嗅覺、觸覺之外，不同人不同情況都有不同的第六感，一些難以科學拆解的感覺。不少動物都有第六感，我所指的，是牠們對地球磁場的感應。和人類的第六感一樣，動物的「磁覺」（magnetoreception）非常神秘，我們知道其存在，卻對其運作所知甚少。
蜜蜂、果蠅、帝王蝴蝶、三文魚、鯊魚、海龜、龍蝦、蠑螈、鼴鼠（mole rat，一種活在地底的齧齒類）、鴿子和候鳥都有磁覺；雖然未經證實，但我敢推測，大部分在地底生活和需要在海中或天空作遠距離活動的動物都有磁覺。感應地球磁場除了分辨方向，也可分辨地域，地殼的鐵礦物分佈處處不同，故每地的磁場都有其獨特的「面貌」。「磁覺」只是統稱，以磁場辨別方向和辨認地點是兩種不同的能力，有些動物只懂其一，有些兩樣皆通，就像指南針（方向）和地圖（磁場面貌）是兩件獨立的工具。
怎知道動物有磁覺呢？舉例，候鳥到了遷徙季節，便有飛往目的地的「衝動」；這股「衝動」之強烈，即使困在鳥籠，候鳥也會朝着目的地的方向躍躍欲飛。鳥籠周圍，用電流製造一幅人工磁場，若果候鳥所朝的方向隨着人工磁場的方向改變，便證明其有感應磁場的能力。不遷徙的動物又怎樣？以龍蝦為例，牠們慣於某地覓食，研究人員從覓食地捉了幾隻龍蝦回實驗室，然後人工模仿一處覓食地以北的磁場，龍蝦誤以為身在北方，遂向南游；再模仿覓食地以南某處的磁場，龍蝦再次「被騙」，向北游。這些實驗原理簡單，動物的舉止隨人工磁場改變，便是磁覺的證據；反過來，不為磁場所「動」，卻不代表沒有磁覺，有感覺不一定有行動。
較準繩的測試，是訓練動物在不同磁場下作不同的選擇。再舉例，把一隻鴿子放進一條隧道，隧道兩端都有平台；假設，當人工磁場開啟，「正確答案」是右邊的平台；當人工磁場關閉，「正確答案」是左邊的平台。實驗開始時，鴿子不知道「正確答案」，但每次踏上「正確」的平台，便有食物獎勵，反之被懲罰。有磁覺的鴿子，經過多次「實習」，應能漸漸領悟何謂「正確」。沒有磁覺的動物，無論「實習」多久，仍然一竅不通。
以上的行為實驗確定了動物磁覺的存在，但是地球的磁場微弱，生理上如何接收呢？
每種感覺都有接收外界刺激的「接收器」，視覺靠視網膜，聽覺靠耳朵內精密的小骨和小管，磁覺又是怎樣接收呢？經過 40 多年的研究，我們仍未知道；人類沒有磁覺（或沒有意識到），固然是研究的一大障礙，磁覺的性質也是重要因素。磁場能夠穿透生物組織，理論上，接收器可以在身體任何位置，亦不用外露；此外，既然整個身體「浸」在磁場之中，需不需要接收器也成問題，感應機制可能覆蓋一大片身體組織，又或是一連串的化學反應最終不知怎樣刺激哪條神經。對於感應磁場的生理機制，我們所知甚少，現時有兩套猜想，一靠物理，一靠化學。
很多動物體內都有些鐵氧化物，如 Fe3O4，尤如一粒粒微細的磁石，鴿子上喙的某處也發現這類物質，科學家切去連接此處與腦袋的神經，鴿子頓時失去磁覺。這實驗證明了兩點：（一）那條被切去的神經與磁覺有關；（二）上喙是磁場接收機制的一部份；一些更深入的問題，如鐵氧化物在接收機制內的角色、如何把訊息轉化為神經脈沖傳至腦袋等，仍在理論揣測的階段。其中一個猜想，是這些微細磁石與神經細胞之間有細毛連接，當磁石轉動或移動，通過細毛便能「觸動」神經，不過這只是未經證實的猜想，是否合符現實，仍屬未知。
用磁石探測磁場，是物理；以化學方法又如何呢？地球的磁場如此微弱，哪些化學作用受其影響？的確，要找如此「敏感」的化學反應不容易，起碼在中學化學教科書內找不到。原來，一種牽涉 radical pair 的化學反應是受磁場影響的，即使如地球般微弱的磁場。假設分子 A 受日光照射，激發一粒電子「跳槽」至分子 B，A 和 B 就是一個 radical pair；電子喜歡「成雙成對」，原本屬 A 的一對電子，如今一粒「跳槽」至 B，故 A 和 B 都有一粒「單獨」的電子，這是一個不穩定的情況；換句話說，radical pair 是一個不穩定的組合，接下來的化學反應怎樣走，取決於那兩粒「單獨」電子間的互動。電子的「spin」可以向上或向下（這是一個量子特性，不必深究），兩粒「單獨」電子的 spin 有時同向，有時反向；radical pair 將會進行什麼樣的化學反應，便受這個同／反向的狀態影響。磁場影響電子的 spin，從而影響兩粒「單獨」電子的同／反向，亦即能影響 radical pair 的化學進程。若身體懂得「分析」這一連串化學作用的產物，便能「推斷」磁場，亦即能夠感應磁場了。
那究竟 A 是什麼分子，B 是什麼分子，radical pair 可能進行什麼化學反應，反應後的產物又是什麼呢？這些都沒有必然答案。體內如有任何東西受日光刺激後釋放電子，都可以是 A；任何東西能夠接收 A 的電子組成 radical pair，都可以是 B；若果這個 radical pair 根據電子的同／反向進行不同的化學作用，便可能是磁覺的基礎。科學家已經發現符合以上條件的蛋白，這些蛋白亦存在於候鳥的眼睛之內，因此他們懷疑候鳥能夠「看見」地球磁場的「線」。
又是那一句，無論是鐵氧化物還是 radical pair，作為磁覺機制，這些頂多是合理推測而已，符合現實與否仍有待查明。某類動物同時擁有此兩種機制也可以，有第三、第四種我們從未想過的機制也說不定。總之，我們對磁覺的了解，比「一知半解」更不濟，希望科學家能夠善用他們的第六感，盡快解開磁覺的謎團。
（2010 年 3 月 25 日 信報副刊）
後記：今天見報的版本，把第三段拆開為兩段，如下：
蜜蜂、果蠅、帝王蝴蝶、三文魚、鯊魚、海龜、龍蝦、蠑螈、鼴鼠（mole rat，一種活在地底的齧齒類）、鴿子和候鳥都有磁覺；雖然未經證實，但我敢推測。
大部分在地底生活和需要在海中或天空作遠距離活動的動物都有磁覺……
不對。那一大群動物擁有磁覺是肯定的，不是我的「推測」。我所「推測」的，是「大部分在地底生活和需要在海中或天空作遠距離活動的動物都有磁覺」。特此聲明。
References:
Cordula V. Mora, Michael Davison, J. Martin Wild & Michael M. Walker (2004).
Nature, 432, 508-511.
Magnetoreception and its trigeminal mediation in the homing pigeon.
Michael M Walker, Todd E Dennis and Joseph L Kirschvink (2002).
Current Opinion in Neurobiology, 12, 735-744.
The magnetic sense and its use in long-distance navigation by animals.
Henrik Mouritsen and Thorsten Ritz (2005).
Current Opinion in Neurobiology, 15, 406-414.
Magnetoreception and its use in bird navigation.
Christopher T. Rodgers and P. J. Hore (2009).
PNAS, 106, 2, 353-360.
Chemical magnetoreception in birds: The radical pair mechanism.
Kenneth J. Lohmann, Catherine M. F. Lohmann and Nathan F. Putman (2007).
The Journal of Experimental Biology, 210, 3697-3705.
Magnetic maps in animals: nature's GPS.
Sönke Johnsen and Kenneth J. Lohmann (2005).
Nature Reviews Neuroscience, 6, 703-712.
The Physics and Neurobiology of Magnetoreception.
視覺、聽覺、味覺、嗅覺、觸覺之外，不同人不同情況都有不同的第六感，一些難以科學拆解的感覺。不少動物都有第六感，我所指的，是牠們對地球磁場的感應。和人類的第六感一樣，動物的「磁覺」（magnetoreception）非常神秘，我們知道其存在，卻對其運作所知甚少。
蜜蜂、果蠅、帝王蝴蝶、三文魚、鯊魚、海龜、龍蝦、蠑螈、鼴鼠（mole rat，一種活在地底的齧齒類）、鴿子和候鳥都有磁覺；雖然未經證實，但我敢推測，大部分在地底生活和需要在海中或天空作遠距離活動的動物都有磁覺。感應地球磁場除了分辨方向，也可分辨地域，地殼的鐵礦物分佈處處不同，故每地的磁場都有其獨特的「面貌」。「磁覺」只是統稱，以磁場辨別方向和辨認地點是兩種不同的能力，有些動物只懂其一，有些兩樣皆通，就像指南針（方向）和地圖（磁場面貌）是兩件獨立的工具。
怎知道動物有磁覺呢？舉例，候鳥到了遷徙季節，便有飛往目的地的「衝動」；這股「衝動」之強烈，即使困在鳥籠，候鳥也會朝着目的地的方向躍躍欲飛。鳥籠周圍，用電流製造一幅人工磁場，若果候鳥所朝的方向隨着人工磁場的方向改變，便證明其有感應磁場的能力。不遷徙的動物又怎樣？以龍蝦為例，牠們慣於某地覓食，研究人員從覓食地捉了幾隻龍蝦回實驗室，然後人工模仿一處覓食地以北的磁場，龍蝦誤以為身在北方，遂向南游；再模仿覓食地以南某處的磁場，龍蝦再次「被騙」，向北游。這些實驗原理簡單，動物的舉止隨人工磁場改變，便是磁覺的證據；反過來，不為磁場所「動」，卻不代表沒有磁覺，有感覺不一定有行動。
較準繩的測試，是訓練動物在不同磁場下作不同的選擇。再舉例，把一隻鴿子放進一條隧道，隧道兩端都有平台；假設，當人工磁場開啟，「正確答案」是右邊的平台；當人工磁場關閉，「正確答案」是左邊的平台。實驗開始時，鴿子不知道「正確答案」，但每次踏上「正確」的平台，便有食物獎勵，反之被懲罰。有磁覺的鴿子，經過多次「實習」，應能漸漸領悟何謂「正確」。沒有磁覺的動物，無論「實習」多久，仍然一竅不通。
以上的行為實驗確定了動物磁覺的存在，但是地球的磁場微弱，生理上如何接收呢？
每種感覺都有接收外界刺激的「接收器」，視覺靠視網膜，聽覺靠耳朵內精密的小骨和小管，磁覺又是怎樣接收呢？經過 40 多年的研究，我們仍未知道；人類沒有磁覺（或沒有意識到），固然是研究的一大障礙，磁覺的性質也是重要因素。磁場能夠穿透生物組織，理論上，接收器可以在身體任何位置，亦不用外露；此外，既然整個身體「浸」在磁場之中，需不需要接收器也成問題，感應機制可能覆蓋一大片身體組織，又或是一連串的化學反應最終不知怎樣刺激哪條神經。對於感應磁場的生理機制，我們所知甚少，現時有兩套猜想，一靠物理，一靠化學。
很多動物體內都有些鐵氧化物，如 Fe3O4，尤如一粒粒微細的磁石，鴿子上喙的某處也發現這類物質，科學家切去連接此處與腦袋的神經，鴿子頓時失去磁覺。這實驗證明了兩點：（一）那條被切去的神經與磁覺有關；（二）上喙是磁場接收機制的一部份；一些更深入的問題，如鐵氧化物在接收機制內的角色、如何把訊息轉化為神經脈沖傳至腦袋等，仍在理論揣測的階段。其中一個猜想，是這些微細磁石與神經細胞之間有細毛連接，當磁石轉動或移動，通過細毛便能「觸動」神經，不過這只是未經證實的猜想，是否合符現實，仍屬未知。
用磁石探測磁場，是物理；以化學方法又如何呢？地球的磁場如此微弱，哪些化學作用受其影響？的確，要找如此「敏感」的化學反應不容易，起碼在中學化學教科書內找不到。原來，一種牽涉 radical pair 的化學反應是受磁場影響的，即使如地球般微弱的磁場。假設分子 A 受日光照射，激發一粒電子「跳槽」至分子 B，A 和 B 就是一個 radical pair；電子喜歡「成雙成對」，原本屬 A 的一對電子，如今一粒「跳槽」至 B，故 A 和 B 都有一粒「單獨」的電子，這是一個不穩定的情況；換句話說，radical pair 是一個不穩定的組合，接下來的化學反應怎樣走，取決於那兩粒「單獨」電子間的互動。電子的「spin」可以向上或向下（這是一個量子特性，不必深究），兩粒「單獨」電子的 spin 有時同向，有時反向；radical pair 將會進行什麼樣的化學反應，便受這個同／反向的狀態影響。磁場影響電子的 spin，從而影響兩粒「單獨」電子的同／反向，亦即能影響 radical pair 的化學進程。若身體懂得「分析」這一連串化學作用的產物，便能「推斷」磁場，亦即能夠感應磁場了。
那究竟 A 是什麼分子，B 是什麼分子，radical pair 可能進行什麼化學反應，反應後的產物又是什麼呢？這些都沒有必然答案。體內如有任何東西受日光刺激後釋放電子，都可以是 A；任何東西能夠接收 A 的電子組成 radical pair，都可以是 B；若果這個 radical pair 根據電子的同／反向進行不同的化學作用，便可能是磁覺的基礎。科學家已經發現符合以上條件的蛋白，這些蛋白亦存在於候鳥的眼睛之內，因此他們懷疑候鳥能夠「看見」地球磁場的「線」。
又是那一句，無論是鐵氧化物還是 radical pair，作為磁覺機制，這些頂多是合理推測而已，符合現實與否仍有待查明。某類動物同時擁有此兩種機制也可以，有第三、第四種我們從未想過的機制也說不定。總之，我們對磁覺的了解，比「一知半解」更不濟，希望科學家能夠善用他們的第六感，盡快解開磁覺的謎團。
（2010 年 3 月 25 日 信報副刊）
後記：今天見報的版本，把第三段拆開為兩段，如下：
蜜蜂、果蠅、帝王蝴蝶、三文魚、鯊魚、海龜、龍蝦、蠑螈、鼴鼠（mole rat，一種活在地底的齧齒類）、鴿子和候鳥都有磁覺；雖然未經證實，但我敢推測。
大部分在地底生活和需要在海中或天空作遠距離活動的動物都有磁覺……
不對。那一大群動物擁有磁覺是肯定的，不是我的「推測」。我所「推測」的，是「大部分在地底生活和需要在海中或天空作遠距離活動的動物都有磁覺」。特此聲明。
References:
Cordula V. Mora, Michael Davison, J. Martin Wild & Michael M. Walker (2004).
Nature, 432, 508-511.
Magnetoreception and its trigeminal mediation in the homing pigeon.
Michael M Walker, Todd E Dennis and Joseph L Kirschvink (2002).
Current Opinion in Neurobiology, 12, 735-744.
The magnetic sense and its use in long-distance navigation by animals.
Henrik Mouritsen and Thorsten Ritz (2005).
Current Opinion in Neurobiology, 15, 406-414.
Magnetoreception and its use in bird navigation.
Christopher T. Rodgers and P. J. Hore (2009).
PNAS, 106, 2, 353-360.
Chemical magnetoreception in birds: The radical pair mechanism.
Kenneth J. Lohmann, Catherine M. F. Lohmann and Nathan F. Putman (2007).
The Journal of Experimental Biology, 210, 3697-3705.
Magnetic maps in animals: nature's GPS.
Sönke Johnsen and Kenneth J. Lohmann (2005).
Nature Reviews Neuroscience, 6, 703-712.
The Physics and Neurobiology of Magnetoreception.
2010年3月21日 星期日
2010年3月18日 星期四
蜥蜴女兒國
聖母瑪利亞處女懷孕，誕下耶穌，有人問，聖靈豈不是強姦了瑪利亞？
西遊記女兒國有條子母河，飲了河水便能懷孕，傳宗接代的難題迎刃而解。
作者的無限想像加上上帝的無所不能，往往可以自圓典籍中「無性生殖」之矛盾。其實，我們也不必大驚小怪，無性或單性繁殖在大自然屢見不鮮，單細胞生物分裂出與自身一模一樣的子細胞，不少植物可以接枝栽種，一些蚱蜢、鯊魚、蠑螈、壁虎和蜥蜴都能夠單性繁殖，亦即是未經交配都會腹大便便，與瑪利亞和誤喝子母河水的唐僧並無兩樣。牠們有些是單／雙性繁殖皆可，有些則獨鍾於單性，一點比較令我意外的，是某些單性品種的來源。
馬驢雜交，生騾。騾不能繁衍，留後無門，血統就此告終。生於美國西南部和墨西哥的一些雙性蜥蜴也會雜交，生下來的全是雌性，且是能夠單性繁殖的雌性；這群雌性再生雌性，如此類推，形成一個只有雌性的新品種。原來雙性繁殖，經一代之結合，便發展出單性繁殖的「異能」，實教人意外。我在想，相似情況可會在人類身上偶然發生，某人與生俱來便有單性繁殖的機能，說不定瑪利亞就是這樣懷孕，女兒國就是這樣誕生。這個猜想無論是否與事實相符，其在人類之中肯定極為罕有，但在上述蜥蜴群（下簡稱「蜥蜴」）卻頗為常見，50 多個品種之中，約三分一是單性繁殖的純雌性品種。
這裡有個疑團。一代之隔，生殖以至身體的任何機能絕不會差天共地，子宮一貫生產的卵子，必須受精方能成孕，現在「忽然」能夠獨立發展，究竟是什麼生理變化所致？記着，這些變化必須建立在原有子宮細胞運作之上，而且改變不應過大，畢竟只有一代之隔。
卵子是從子宮細胞分裂出來的。細胞有兩種分裂方式：全數分裂（mitosis）和半數分裂（meiosis）；前者造出擁有全副染色體的子細胞，後者造出擁有半副染色體的子細胞。身體大部份細胞只會進行全數分裂，半數分裂只在雙性物種的生殖器官內發生，卵子受精便是兩個擁有半副染色體的細胞結合，形成一個擁有全副「武裝」的個體。蜥蜴體內原本進行半數分裂的子宮細胞，經過怎麼樣的改良，才能在不用受精的環境下「泡製」出擁有全副染色體的胚胎，值得研究。
全數分裂是細胞分裂的基本，讓我先談。人類有 46 條染色體（通常說 23 對，但我不喜歡這個說法，因為「對」字實在容易使人混淆，「一對」究竟是相連的一對，還是分開的兩條？說「46條」便清楚不過），平時看不見，只有在細胞準備分裂時，才會顯現在顯微鏡之下。染色體呈「X」形，說得準確一點，這是一條已經完成複製的染色體，像兩份釘在一起影印本，等待分拆。46 個「X」在細胞的中線一字排列，然後有些微細的絲把「X」左右拉開，成了 46 組「> <」（中間斷開的「X」，兩份影印本給拆開了），所有「>」被拉往一邊，所有「<」被拉往另一邊，中間再築起一片細胞膜，原來的細胞頓時一分為二，兩個子細胞亦擁有「內容」相同的 46 條染色體，分裂完成。
上面說過，46 條染色體也可視為 23 對，怎決定哪兩條屬一對呢？對於全數分裂來說，這問題無關痛癢；對於半數分裂，這問題卻是關鍵，必須首先搞清楚。設想整套基因是一套生命指南，每條染色體是這套指南的其中一章，我們有 46 條染色體，即是我們的生命指南有 46 章，對嗎？其實，我們的生命指南只有 23 章，那 46 條染色體，一半是「重覆」的；「重覆」用引號，因為「重覆」的章節不是內容完全相同，只是標題一樣，例如兩條染色體的標題同為「求職秘訣」，另外兩條的標題則為「擇偶條件」，兩個版本所給的指示可能有異，但範疇相同，一個版本來自母親，一個版本來自父親。俗世求存，讀兩本「秘笈」當然好過只讀一本。（相同「標題」的兩條染色體稱為「homologues」，以下片段會用到這個名詞。）
喚起大家的記憶，細胞分裂時，染色體呈「X」形，人類細胞共有 46 個「X」。半數分裂的第一個步驟，是把相同「標題」的染色體並排，形成 23 組「XX」。這時，同組的兩個「X」會交換基因（稱為 crossover），換句話說，你不是把父親或母親的某一章直接傳給下一代，而是把兩者的「內容」調亂一下。Crossover 完成後，又會有些微細的絲把「XX」左右拉開，23 個「X」被拉往一邊，23 個「X」被拉往另外一邊，中間築起一片細胞膜，形成兩個子細胞。這兩個子細胞再進行一次「疑似全數分裂」（只有 23 個「X」，不可能是正式的全數分裂），把「X」拉開為「>」與「<」，最終形成 4 個子細胞，每個擁有 23 條染色體。這就是半數分裂，生命指南的 23 章仍在，但沒有「重覆」，即是只有半套生命指南。
和全數分裂比較，半數分裂有兩個不同之處。首先，半數分裂需要「裂」兩次，這個十分明顯。其次，相同「標題」的「X」會互換基因，然後才進行第一次分裂。
單性繁殖的蜥蜴，怎樣改良半數分裂的過程，造出擁有全套生命指南的胚胎？可能是少「裂」一次，也可能是結合兩個子細胞，恢復整套生命指南於一個細胞之中。可惜，科學家找不到證據支持這兩個猜想，他們反而發現，單性蜥蜴的子宮細胞進行半數分裂之前，包含的染色體是正常的兩倍。無巧不成話，這類蜥蜴和人類一樣，也有 46 條染色體，換句話說，牠們的子宮細胞進行半數分裂前，擁有 92 個「X」，「裂」第一次產生 2 個子細胞，各有 46 個「X」；「裂」第二次產生共 4 個子細胞，各有 46 條染色體。只要有足夠的「X」作開端，半數分裂也可造出擁有全套生命指南的子細胞。
不過，又有一個不對勁的現象。「標題」相同、「內容」不同的兩個「X」互換基因，令 4 個子細胞的基因「內容」都不盡同，這是大自然確保物種基因多元化的途徑。科學家卻發現，單性蜥蜴的後裔，全是其母的複製，基因一模一樣，這又怎樣解釋呢？正常的半數分裂以 23 組「XX」共 46 個「X」起始，單性蜥蜴的半數分裂以 46 組「XX」共 92 個「X」起始，是原來的雙倍，亦即是說，每個「X」都有另一個「孖生X」，不只「標題」一樣，連「內容」也一樣；每組「XX」裡面，其實是兩個「孖生X」，由於兩者「內容」相同，怎樣互換基因「內容」仍然相同，最終造出的 4 個子細胞便擁有與母親一模一樣的基因。
你一定會問，那雙倍的「X」又是怎樣產生、哪時製造的呢？我不知道，科學家也不知道，這是他們將來的研究方向。無論如何，知道蜥蜴有單性繁殖的「能耐」，人類歷史上、甚至現在極之偶然地出現一兩個能夠單性繁殖的異人，不足為奇；我們用什麼眼光看待，要不要替她們的異能強作一些滿有想像力的解釋，給不給她們自由生育的權利，讓不讓她們有尊嚴地生活，這是另一回事了。
（2010 年 3 月 18 日 信報副刊）
半數分裂示意圖：
上：正常的半數分裂，造出只有半數染色體的子細胞。「標題」相同、「內容」不同的兩條「X」互換基因，故子細胞的「內容」不盡相同。
下：以雙倍染色體開始的半數分裂，造出全數染色體的子細胞。若果同「標題」的「X」走在一起（Homologue pairing），然後 crossover，子細胞便有不同的「內容」。若果兩條「孖生 X」走在一起（Sister chromosome pairing），即使有 crossover，子細胞「內容」仍會完全一樣，這是單性蜥蜴複製自己的方法。
學術參考：
Aracely A. Lutes, William B. Neaves, Diana P. Baumann, Winfried Wiegraebe, Peter Baumann
2010, Nature, doi:10.1038/nature08818
Sister chromosome pairing maintains heterozygosity in parthenogenetic lizards
Herbert C. Dessauer, Charles J. Cole
1986, The Journal ol Heredity 77:8-12.
Clonal inheritance in parthenogenetic whiptail lizards: biochemical evidence
想了解更多關於 mitosis 和 meiosis，看 McGraw-Hill 一本生物教科書的 animation，不錯：Chapter 11 和 Chapter 12
其他報導：
21 Feb 2010, Scientific American
No Sex Needed: All-Female Lizard Species Cross Their Chromosomes to Make Babies
22 Feb 2010, The Scientist
Shuffling genes without sex
西遊記女兒國有條子母河，飲了河水便能懷孕，傳宗接代的難題迎刃而解。
作者的無限想像加上上帝的無所不能，往往可以自圓典籍中「無性生殖」之矛盾。其實，我們也不必大驚小怪，無性或單性繁殖在大自然屢見不鮮，單細胞生物分裂出與自身一模一樣的子細胞，不少植物可以接枝栽種，一些蚱蜢、鯊魚、蠑螈、壁虎和蜥蜴都能夠單性繁殖，亦即是未經交配都會腹大便便，與瑪利亞和誤喝子母河水的唐僧並無兩樣。牠們有些是單／雙性繁殖皆可，有些則獨鍾於單性，一點比較令我意外的，是某些單性品種的來源。
馬驢雜交，生騾。騾不能繁衍，留後無門，血統就此告終。生於美國西南部和墨西哥的一些雙性蜥蜴也會雜交，生下來的全是雌性，且是能夠單性繁殖的雌性；這群雌性再生雌性，如此類推，形成一個只有雌性的新品種。原來雙性繁殖，經一代之結合，便發展出單性繁殖的「異能」，實教人意外。我在想，相似情況可會在人類身上偶然發生，某人與生俱來便有單性繁殖的機能，說不定瑪利亞就是這樣懷孕，女兒國就是這樣誕生。這個猜想無論是否與事實相符，其在人類之中肯定極為罕有，但在上述蜥蜴群（下簡稱「蜥蜴」）卻頗為常見，50 多個品種之中，約三分一是單性繁殖的純雌性品種。
這裡有個疑團。一代之隔，生殖以至身體的任何機能絕不會差天共地，子宮一貫生產的卵子，必須受精方能成孕，現在「忽然」能夠獨立發展，究竟是什麼生理變化所致？記着，這些變化必須建立在原有子宮細胞運作之上，而且改變不應過大，畢竟只有一代之隔。
卵子是從子宮細胞分裂出來的。細胞有兩種分裂方式：全數分裂（mitosis）和半數分裂（meiosis）；前者造出擁有全副染色體的子細胞，後者造出擁有半副染色體的子細胞。身體大部份細胞只會進行全數分裂，半數分裂只在雙性物種的生殖器官內發生，卵子受精便是兩個擁有半副染色體的細胞結合，形成一個擁有全副「武裝」的個體。蜥蜴體內原本進行半數分裂的子宮細胞，經過怎麼樣的改良，才能在不用受精的環境下「泡製」出擁有全副染色體的胚胎，值得研究。
全數分裂是細胞分裂的基本，讓我先談。人類有 46 條染色體（通常說 23 對，但我不喜歡這個說法，因為「對」字實在容易使人混淆，「一對」究竟是相連的一對，還是分開的兩條？說「46條」便清楚不過），平時看不見，只有在細胞準備分裂時，才會顯現在顯微鏡之下。染色體呈「X」形，說得準確一點，這是一條已經完成複製的染色體，像兩份釘在一起影印本，等待分拆。46 個「X」在細胞的中線一字排列，然後有些微細的絲把「X」左右拉開，成了 46 組「> <」（中間斷開的「X」，兩份影印本給拆開了），所有「>」被拉往一邊，所有「<」被拉往另一邊，中間再築起一片細胞膜，原來的細胞頓時一分為二，兩個子細胞亦擁有「內容」相同的 46 條染色體，分裂完成。
上面說過，46 條染色體也可視為 23 對，怎決定哪兩條屬一對呢？對於全數分裂來說，這問題無關痛癢；對於半數分裂，這問題卻是關鍵，必須首先搞清楚。設想整套基因是一套生命指南，每條染色體是這套指南的其中一章，我們有 46 條染色體，即是我們的生命指南有 46 章，對嗎？其實，我們的生命指南只有 23 章，那 46 條染色體，一半是「重覆」的；「重覆」用引號，因為「重覆」的章節不是內容完全相同，只是標題一樣，例如兩條染色體的標題同為「求職秘訣」，另外兩條的標題則為「擇偶條件」，兩個版本所給的指示可能有異，但範疇相同，一個版本來自母親，一個版本來自父親。俗世求存，讀兩本「秘笈」當然好過只讀一本。（相同「標題」的兩條染色體稱為「homologues」，以下片段會用到這個名詞。）
喚起大家的記憶，細胞分裂時，染色體呈「X」形，人類細胞共有 46 個「X」。半數分裂的第一個步驟，是把相同「標題」的染色體並排，形成 23 組「XX」。這時，同組的兩個「X」會交換基因（稱為 crossover），換句話說，你不是把父親或母親的某一章直接傳給下一代，而是把兩者的「內容」調亂一下。Crossover 完成後，又會有些微細的絲把「XX」左右拉開，23 個「X」被拉往一邊，23 個「X」被拉往另外一邊，中間築起一片細胞膜，形成兩個子細胞。這兩個子細胞再進行一次「疑似全數分裂」（只有 23 個「X」，不可能是正式的全數分裂），把「X」拉開為「>」與「<」，最終形成 4 個子細胞，每個擁有 23 條染色體。這就是半數分裂，生命指南的 23 章仍在，但沒有「重覆」，即是只有半套生命指南。
和全數分裂比較，半數分裂有兩個不同之處。首先，半數分裂需要「裂」兩次，這個十分明顯。其次，相同「標題」的「X」會互換基因，然後才進行第一次分裂。
單性繁殖的蜥蜴，怎樣改良半數分裂的過程，造出擁有全套生命指南的胚胎？可能是少「裂」一次，也可能是結合兩個子細胞，恢復整套生命指南於一個細胞之中。可惜，科學家找不到證據支持這兩個猜想，他們反而發現，單性蜥蜴的子宮細胞進行半數分裂之前，包含的染色體是正常的兩倍。無巧不成話，這類蜥蜴和人類一樣，也有 46 條染色體，換句話說，牠們的子宮細胞進行半數分裂前，擁有 92 個「X」，「裂」第一次產生 2 個子細胞，各有 46 個「X」；「裂」第二次產生共 4 個子細胞，各有 46 條染色體。只要有足夠的「X」作開端，半數分裂也可造出擁有全套生命指南的子細胞。
不過，又有一個不對勁的現象。「標題」相同、「內容」不同的兩個「X」互換基因，令 4 個子細胞的基因「內容」都不盡同，這是大自然確保物種基因多元化的途徑。科學家卻發現，單性蜥蜴的後裔，全是其母的複製，基因一模一樣，這又怎樣解釋呢？正常的半數分裂以 23 組「XX」共 46 個「X」起始，單性蜥蜴的半數分裂以 46 組「XX」共 92 個「X」起始，是原來的雙倍，亦即是說，每個「X」都有另一個「孖生X」，不只「標題」一樣，連「內容」也一樣；每組「XX」裡面，其實是兩個「孖生X」，由於兩者「內容」相同，怎樣互換基因「內容」仍然相同，最終造出的 4 個子細胞便擁有與母親一模一樣的基因。
你一定會問，那雙倍的「X」又是怎樣產生、哪時製造的呢？我不知道，科學家也不知道，這是他們將來的研究方向。無論如何，知道蜥蜴有單性繁殖的「能耐」，人類歷史上、甚至現在極之偶然地出現一兩個能夠單性繁殖的異人，不足為奇；我們用什麼眼光看待，要不要替她們的異能強作一些滿有想像力的解釋，給不給她們自由生育的權利，讓不讓她們有尊嚴地生活，這是另一回事了。
（2010 年 3 月 18 日 信報副刊）
半數分裂示意圖：
上：正常的半數分裂，造出只有半數染色體的子細胞。「標題」相同、「內容」不同的兩條「X」互換基因，故子細胞的「內容」不盡相同。下：以雙倍染色體開始的半數分裂，造出全數染色體的子細胞。若果同「標題」的「X」走在一起（Homologue pairing），然後 crossover，子細胞便有不同的「內容」。若果兩條「孖生 X」走在一起（Sister chromosome pairing），即使有 crossover，子細胞「內容」仍會完全一樣，這是單性蜥蜴複製自己的方法。
學術參考：
Aracely A. Lutes, William B. Neaves, Diana P. Baumann, Winfried Wiegraebe, Peter Baumann
2010, Nature, doi:10.1038/nature08818
Sister chromosome pairing maintains heterozygosity in parthenogenetic lizards
Herbert C. Dessauer, Charles J. Cole
1986, The Journal ol Heredity 77:8-12.
Clonal inheritance in parthenogenetic whiptail lizards: biochemical evidence
想了解更多關於 mitosis 和 meiosis，看 McGraw-Hill 一本生物教科書的 animation，不錯：Chapter 11 和 Chapter 12
其他報導：
21 Feb 2010, Scientific American
No Sex Needed: All-Female Lizard Species Cross Their Chromosomes to Make Babies
22 Feb 2010, The Scientist
Shuffling genes without sex
2010年3月16日 星期二
2010年3月11日 星期四
真正的碳交易
今天沒有文章，跟大家談談其他。
中國排放 CO2 世界第一，不過大家都知道，國內很多工廠的產品最終出口，很多 CO2 其實是「替」發達國而排。數天前出版的一份研究計算過，出口產品佔去中國碳排放的四分一，全世界則有 23% 的 CO2 是為製造銷往外國的產品而排。
The Economist 和 Global Change Blog 都有提及，這裡不重覆，只刊出下圖作一撮要。
中國排放 CO2 世界第一，不過大家都知道，國內很多工廠的產品最終出口，很多 CO2 其實是「替」發達國而排。數天前出版的一份研究計算過，出口產品佔去中國碳排放的四分一，全世界則有 23% 的 CO2 是為製造銷往外國的產品而排。
The Economist 和 Global Change Blog 都有提及，這裡不重覆，只刊出下圖作一撮要。
2010年3月4日 星期四
玩命
焗爐、運輸帶、電插頭、膠水、m&m朱古力。
只要你學會把這五件東西操控自如，你便懂得「玩命」。信我，是玩弄活生生的生命。
頭髮、指甲、肌肉、皮膚、荷爾蒙，全部都是蛋白質。事實上，身體每一部份，體內每一進程，蛋白質必會牽涉其中，只要學會操控蛋白質的製作過程，我們便能操縱生命。
基因是生命的密碼，大家聽得多；基因控制的，正是蛋白質的製造。說穿了，基因只是一連串「去氧核糖核酸」（DNA），蛋白質是一連串「氨基酸」（amino acid），若能掌握由第一種酸「翻譯」成第二種酸的過程，我們或能操縱生命。
英文有 26 個字母，DNA 有 4 個字母：A、C、G、T；英文詞語長度不限，故理論上詞語數目可以無限，DNA 每個詞語只含 3 個字母，故只得 4x4x4=64 個詞語。氨基酸有 22 款，每款與一至數個 DNA 詞語相對，例如 DNA 的「CGT」、「CGC」、「CGA」、「CGG」、「AGA」和「AGG」均等同 Arginine（某些癌細胞生長必須的一種氨基酸，對正常成人並非必要，除去血液中的 Arginine 以「餓死」癌細胞，是治療癌症的一個研究方向），「AGT」和「AGC」則與 Serine（絲綢的其中一個主要成分）對應。一串「三字經」產生一串氨基酸。想操縱生命，首先便要洞悉這個「三字經」翻譯機制的奧秘。
焗爐、運輸帶、電插頭、膠水、m&m朱古力。弄清它們的關係，你便明白翻譯「三字經」究竟是什麼一回事，亦能理解「玩命」的原理。
首先畫出 big picture：m&m朱古力是氨基酸，22 款 m&m 任君選擇；一條運輸帶不斷把一粒粒 m&m 送進一個大焗爐，從大焗爐另一端出來的製成品，便是蛋白質。大焗爐的功能單純，只管順序接收運輸帶的 m&m 焗製蛋白，翻譯不是在這裡發生。三字經不能直接閱讀，必須首先「印」在運輸帶之上，但運輸帶顯示的，並不是人看得懂的 A、C、G、T，而是 4 種不同形狀的洞，3 個洞為一組。現在的問題是，怎樣把各款 m&m 放到適當的 3 個洞之上。大家可能已經估到，3 個洞當然是給電插頭用，插頭各有不同形狀的「腳」，某個插頭只能插進特定的 3 個洞。現在運輸帶有着一連串插頭，剩下的問題是，怎樣把適當的 m&m 分配到適當的插頭之上。大家可能再次估到，膠水終於派上用場，它把 m&m 貼到適當的插頭。但是，它怎知道哪個插頭才「適當」？忘記告訴大家，這膠水並非萬能膠，只會接合一款 m&m 和一類插頭，它是萬能膠的相反，只適用於單一情況。
以上敘述為了流暢起見，一些次序給搞亂了，在真正細胞內，電插頭插進運輸帶之前，其實已經黏好 m&m，運輸帶上應該沒有空着的插頭；實情是，細胞內同時漂浮着多款 m&m、多類型的電插頭和多種膠水，膠水像一位極端挑剔的媒人婆，只會撮合某一款 m&m 和某一類型電插頭，兩者搭上之後，等待吻合的 3 個洞在運輸帶出現，電插頭自會對號入座。再看 big picture，焗爐負責焗製，運輸帶負責運輸，真正「翻譯」的步驟落在電插頭和膠水身上，它們負責連接 m&m 與 3 個洞，是氨基酸世界與 DNA 世界的橋樑。
認識了翻譯過程，又如何「玩弄生命」？很多時，科學家喜歡加插一些非天然的東西進入蛋白質中間，例如加入一些會發光的東西，方便觀察蛋白質怎樣摺疊，或者窺探生化反應的細節，這是科研用途。醫學上也有用，在一些蛋白質中間加多幾件氨基酸，可以延長某些藥物在人體內的功效。生命依靠蛋白，玩弄蛋白便等於玩弄生命，可能性之多，只視乎你的想像力。
想像，我製造了一件新的外來元件，打算插入某類細胞的某個蛋白之中，此元件包含一些人造的非天然氨基酸，可視為第 23 款 m&m；講明「人造」，固然不用細胞自己製造，接下來的問題是，怎樣「告訴」三字經翻譯機器拾起一粒從未見過的 m&m 放到一個適當的位置？理論上不難，舉一個例子，上面說過 Arginine 這種氨基酸可以六個詞彙的其中一個來表達，我嫌太多，想借用最後那一個（AGG）來「伙拍」我的新款 m&m，於是我製造一種新的膠水，懂得把新款 m&m 貼到原來的 AGG 插頭，不就成功了嗎？沒錯，這等同改變了「AGG」一詞的「定義」，由原來等於 Arginine 變成現在等於第 23 款 m&m，聽上去令人興奮，實際上卻得小心，其他蛋白質原本屬前者的位置現在都可能成了後者，加插後者的目的達到了，代價卻是很多蛋白都會變質，後果可大可小，今次真係為咗加粒糖可能無咗間廠！
真正的科學家不會像我一般亂改三四，他們會選擇一些非常少用或影響輕微的三字詞改變其定義，「TAG」是他們的「寵兒」。蛋白質有開頭也有結尾，三字經裡面有幾個詞彙用來標誌「結尾」，「TAG」是其中一個；因為某些原因，改變「TAG」的定義通常不會影響細胞運作。假設我想把「TAG」等同我自己設計的第 23 款 m&m，首先我要製造一種新的膠水（如上），其次再製造一新型的 TAG 插頭（上面不用這步驟），因為正常細胞是沒有 TAG 插頭的。其實，科學家早已懂得這個，並成功加插多種非天然氨基酸進入細菌蛋白，美中不足是可供修改的定義始終有限，畢竟三字經只有 64 個詞彙，全部有其固有定義，即使能夠修改其中一兩個看似無關痛癢的，新定義也難免與舊定義相沖，執行新定義的效率難以提升。
最根本的問題，是我們仍要依附在原有的三字經、原有的運輸帶和原有的焗爐這些原有架構之上，對這架構作任何更改，細胞本身的運作或多或少遭受干擾（或至少有這樣的可能）。最近，有人成功在原有的翻譯機制以外，造出功能相約、不過獨立運作的翻譯架構，可說名符其實的「另起爐灶」。首先，它有自己的一套焗爐、運輸帶、電插頭和膠水，完全獨立於原有機制以外，互不相干。其次，這套新機器以 4 個字母為一組，我稱之為「四字經」，運輸帶以 4 個洞為一組，插頭也有 4 隻腳。理論上，四字經有 4x4x4x4=256 個詞彙，它獨立於天然的三字經，故四字詞和 m&m 的組合可以隨意配搭，有了這套四字經翻譯機器，真是想怎樣「玩命」，便可以怎樣「玩命」！你話係咪好 exciting？
焗爐、運輸帶、電插頭、膠水、m&m朱古力。對科學無甚興趣的讀者，可能覺得被這五件東西騙了；對科學有興趣的，請繼續讀下去。m&m 是氨基酸，其餘四件究竟代表什麼？告訴你，其中三件其實頗有來頭，對基因學有基本認識的讀者，可能記得其名字，我只是不想在文中拋出太多專有名詞，故以日常物件代之。電插頭是 transfer-RNA（tRNA），懂得認出運輸帶上的三字詞語，負責攜帶氨基酸到運輸帶上的適當位置。運輸帶是 messenger-RNA（mRNA），基本上只是 DNA 的複印版。焗爐是 ribosome，協調整個蛋白製作過程；文中比喻的焗爐功能看似十分單純，只負責處理送進來的氨基酸，實情其實複雜得多，例如 tRNA 與 mRNA 結合時（電插頭插進運輸帶），兩者已和 ribosome 發生作用，由頭至尾的所有步驟都牽涉 ribosome，並不是文中的焗爐般看似只顧最後一步。膠水較少人認識，是一些叫做 aminoacyl-tRNA synthetase 的 enzyme，正如文中所言，負責撮合氨基酸和 tRNA，tRNA 之所以能夠「帶」着適當的氨基酸走到 mRNA 和 ribosome，全拜這種 enzyme 所賜。
Ribosome、mRNA、tRNA、aminoacyl-tRNA synthetase、amino acid。
人類還未對這五件東西瞭如指掌，不過，人類已經開始「玩命」。
（2010 年 3 月 4 日 信報副刊）
主要資料來源：
Heinz Neumann, Kaihang Wang, Lloyd Davis, Maria Garcia-Alai & Jason W. Chin
14 Feb 2010, Nature, doi:10.1038/nature08817
Encoding multiple unnatural amino acids via evolution of a quadruplet-decoding ribosome
Jianming Xie, Peter G. Schultz
2006, Nature Reviews Molecular Cell Biology, 7, 775-782
A chemical toolkit for proteins — an expanded genetic code
Thomas J. Magliery, J. Christopher Anderson and Peter G. Schultz1
2001, J. Mol. Biol., 307, 755-769
Expanding the Genetic Code: Selection of Efficient Suppressors of Four-base Codons and Identification of "Shifty" Four-base Codons with a Library Approach in Escherichia coli
Kaihang Wang, Heinz Neumann, Sew Y Peak-Chew & Jason W Chin
2007, Nature Biotechnology, 25, 7, 770-777
Evolved orthogonal ribosomes enhance the efficiency of synthetic genetic code expansion
Oliver Rackham, Jason W Chin
2005, Nature Chemical Biology, 1, 3, 159-166
A network of orthogonal ribosome．mRNA pairs
J. Christopher Anderson, Ning Wu, Stephen W. Santoro, Vishva Lakshman, David S. King, Peter G. Schultz
2004, PNAS, 101, 20, 7566-7571
An expanded genetic code with a functional quadruplet codon
相關連結：
14 Feb 2010, New Scientist
Genetic code 2.0: Life gets a new operating system
17 Feb 2010, New Scientist
Life's code rewritten in four-letter words
14 Feb 2010, The Scientist
Genetic coding revamp
17 Feb 2010, Byte Size Biology
"Codon" is now a four letter word
一本非常好的 Biochemistry textbook
Section 29.2 - Aminoacyl-Transfer RNA Synthetases Read the Genetic Code
Section 29.3 - A Ribosome Is a Ribonucleoprotein Particle (70S) Made of a Small (30S) and a Large (50S) Subunit
Section 29.4 - Protein Factors Play Key Roles in Protein Synthesis
只要你學會把這五件東西操控自如，你便懂得「玩命」。信我，是玩弄活生生的生命。
頭髮、指甲、肌肉、皮膚、荷爾蒙，全部都是蛋白質。事實上，身體每一部份，體內每一進程，蛋白質必會牽涉其中，只要學會操控蛋白質的製作過程，我們便能操縱生命。
基因是生命的密碼，大家聽得多；基因控制的，正是蛋白質的製造。說穿了，基因只是一連串「去氧核糖核酸」（DNA），蛋白質是一連串「氨基酸」（amino acid），若能掌握由第一種酸「翻譯」成第二種酸的過程，我們或能操縱生命。
英文有 26 個字母，DNA 有 4 個字母：A、C、G、T；英文詞語長度不限，故理論上詞語數目可以無限，DNA 每個詞語只含 3 個字母，故只得 4x4x4=64 個詞語。氨基酸有 22 款，每款與一至數個 DNA 詞語相對，例如 DNA 的「CGT」、「CGC」、「CGA」、「CGG」、「AGA」和「AGG」均等同 Arginine（某些癌細胞生長必須的一種氨基酸，對正常成人並非必要，除去血液中的 Arginine 以「餓死」癌細胞，是治療癌症的一個研究方向），「AGT」和「AGC」則與 Serine（絲綢的其中一個主要成分）對應。一串「三字經」產生一串氨基酸。想操縱生命，首先便要洞悉這個「三字經」翻譯機制的奧秘。
焗爐、運輸帶、電插頭、膠水、m&m朱古力。弄清它們的關係，你便明白翻譯「三字經」究竟是什麼一回事，亦能理解「玩命」的原理。
首先畫出 big picture：m&m朱古力是氨基酸，22 款 m&m 任君選擇；一條運輸帶不斷把一粒粒 m&m 送進一個大焗爐，從大焗爐另一端出來的製成品，便是蛋白質。大焗爐的功能單純，只管順序接收運輸帶的 m&m 焗製蛋白，翻譯不是在這裡發生。三字經不能直接閱讀，必須首先「印」在運輸帶之上，但運輸帶顯示的，並不是人看得懂的 A、C、G、T，而是 4 種不同形狀的洞，3 個洞為一組。現在的問題是，怎樣把各款 m&m 放到適當的 3 個洞之上。大家可能已經估到，3 個洞當然是給電插頭用，插頭各有不同形狀的「腳」，某個插頭只能插進特定的 3 個洞。現在運輸帶有着一連串插頭，剩下的問題是，怎樣把適當的 m&m 分配到適當的插頭之上。大家可能再次估到，膠水終於派上用場，它把 m&m 貼到適當的插頭。但是，它怎知道哪個插頭才「適當」？忘記告訴大家，這膠水並非萬能膠，只會接合一款 m&m 和一類插頭，它是萬能膠的相反，只適用於單一情況。
以上敘述為了流暢起見，一些次序給搞亂了，在真正細胞內，電插頭插進運輸帶之前，其實已經黏好 m&m，運輸帶上應該沒有空着的插頭；實情是，細胞內同時漂浮着多款 m&m、多類型的電插頭和多種膠水，膠水像一位極端挑剔的媒人婆，只會撮合某一款 m&m 和某一類型電插頭，兩者搭上之後，等待吻合的 3 個洞在運輸帶出現，電插頭自會對號入座。再看 big picture，焗爐負責焗製，運輸帶負責運輸，真正「翻譯」的步驟落在電插頭和膠水身上，它們負責連接 m&m 與 3 個洞，是氨基酸世界與 DNA 世界的橋樑。
認識了翻譯過程，又如何「玩弄生命」？很多時，科學家喜歡加插一些非天然的東西進入蛋白質中間，例如加入一些會發光的東西，方便觀察蛋白質怎樣摺疊，或者窺探生化反應的細節，這是科研用途。醫學上也有用，在一些蛋白質中間加多幾件氨基酸，可以延長某些藥物在人體內的功效。生命依靠蛋白，玩弄蛋白便等於玩弄生命，可能性之多，只視乎你的想像力。
想像，我製造了一件新的外來元件，打算插入某類細胞的某個蛋白之中，此元件包含一些人造的非天然氨基酸，可視為第 23 款 m&m；講明「人造」，固然不用細胞自己製造，接下來的問題是，怎樣「告訴」三字經翻譯機器拾起一粒從未見過的 m&m 放到一個適當的位置？理論上不難，舉一個例子，上面說過 Arginine 這種氨基酸可以六個詞彙的其中一個來表達，我嫌太多，想借用最後那一個（AGG）來「伙拍」我的新款 m&m，於是我製造一種新的膠水，懂得把新款 m&m 貼到原來的 AGG 插頭，不就成功了嗎？沒錯，這等同改變了「AGG」一詞的「定義」，由原來等於 Arginine 變成現在等於第 23 款 m&m，聽上去令人興奮，實際上卻得小心，其他蛋白質原本屬前者的位置現在都可能成了後者，加插後者的目的達到了，代價卻是很多蛋白都會變質，後果可大可小，今次真係為咗加粒糖可能無咗間廠！
真正的科學家不會像我一般亂改三四，他們會選擇一些非常少用或影響輕微的三字詞改變其定義，「TAG」是他們的「寵兒」。蛋白質有開頭也有結尾，三字經裡面有幾個詞彙用來標誌「結尾」，「TAG」是其中一個；因為某些原因，改變「TAG」的定義通常不會影響細胞運作。假設我想把「TAG」等同我自己設計的第 23 款 m&m，首先我要製造一種新的膠水（如上），其次再製造一新型的 TAG 插頭（上面不用這步驟），因為正常細胞是沒有 TAG 插頭的。其實，科學家早已懂得這個，並成功加插多種非天然氨基酸進入細菌蛋白，美中不足是可供修改的定義始終有限，畢竟三字經只有 64 個詞彙，全部有其固有定義，即使能夠修改其中一兩個看似無關痛癢的，新定義也難免與舊定義相沖，執行新定義的效率難以提升。
最根本的問題，是我們仍要依附在原有的三字經、原有的運輸帶和原有的焗爐這些原有架構之上，對這架構作任何更改，細胞本身的運作或多或少遭受干擾（或至少有這樣的可能）。最近，有人成功在原有的翻譯機制以外，造出功能相約、不過獨立運作的翻譯架構，可說名符其實的「另起爐灶」。首先，它有自己的一套焗爐、運輸帶、電插頭和膠水，完全獨立於原有機制以外，互不相干。其次，這套新機器以 4 個字母為一組，我稱之為「四字經」，運輸帶以 4 個洞為一組，插頭也有 4 隻腳。理論上，四字經有 4x4x4x4=256 個詞彙，它獨立於天然的三字經，故四字詞和 m&m 的組合可以隨意配搭，有了這套四字經翻譯機器，真是想怎樣「玩命」，便可以怎樣「玩命」！你話係咪好 exciting？
焗爐、運輸帶、電插頭、膠水、m&m朱古力。對科學無甚興趣的讀者，可能覺得被這五件東西騙了；對科學有興趣的，請繼續讀下去。m&m 是氨基酸，其餘四件究竟代表什麼？告訴你，其中三件其實頗有來頭，對基因學有基本認識的讀者，可能記得其名字，我只是不想在文中拋出太多專有名詞，故以日常物件代之。電插頭是 transfer-RNA（tRNA），懂得認出運輸帶上的三字詞語，負責攜帶氨基酸到運輸帶上的適當位置。運輸帶是 messenger-RNA（mRNA），基本上只是 DNA 的複印版。焗爐是 ribosome，協調整個蛋白製作過程；文中比喻的焗爐功能看似十分單純，只負責處理送進來的氨基酸，實情其實複雜得多，例如 tRNA 與 mRNA 結合時（電插頭插進運輸帶），兩者已和 ribosome 發生作用，由頭至尾的所有步驟都牽涉 ribosome，並不是文中的焗爐般看似只顧最後一步。膠水較少人認識，是一些叫做 aminoacyl-tRNA synthetase 的 enzyme，正如文中所言，負責撮合氨基酸和 tRNA，tRNA 之所以能夠「帶」着適當的氨基酸走到 mRNA 和 ribosome，全拜這種 enzyme 所賜。
Ribosome、mRNA、tRNA、aminoacyl-tRNA synthetase、amino acid。
人類還未對這五件東西瞭如指掌，不過，人類已經開始「玩命」。
（2010 年 3 月 4 日 信報副刊）
主要資料來源：
Heinz Neumann, Kaihang Wang, Lloyd Davis, Maria Garcia-Alai & Jason W. Chin
14 Feb 2010, Nature, doi:10.1038/nature08817
Encoding multiple unnatural amino acids via evolution of a quadruplet-decoding ribosome
Jianming Xie, Peter G. Schultz
2006, Nature Reviews Molecular Cell Biology, 7, 775-782
A chemical toolkit for proteins — an expanded genetic code
Thomas J. Magliery, J. Christopher Anderson and Peter G. Schultz1
2001, J. Mol. Biol., 307, 755-769
Expanding the Genetic Code: Selection of Efficient Suppressors of Four-base Codons and Identification of "Shifty" Four-base Codons with a Library Approach in Escherichia coli
Kaihang Wang, Heinz Neumann, Sew Y Peak-Chew & Jason W Chin
2007, Nature Biotechnology, 25, 7, 770-777
Evolved orthogonal ribosomes enhance the efficiency of synthetic genetic code expansion
Oliver Rackham, Jason W Chin
2005, Nature Chemical Biology, 1, 3, 159-166
A network of orthogonal ribosome．mRNA pairs
J. Christopher Anderson, Ning Wu, Stephen W. Santoro, Vishva Lakshman, David S. King, Peter G. Schultz
2004, PNAS, 101, 20, 7566-7571
An expanded genetic code with a functional quadruplet codon
相關連結：
14 Feb 2010, New Scientist
Genetic code 2.0: Life gets a new operating system
17 Feb 2010, New Scientist
Life's code rewritten in four-letter words
14 Feb 2010, The Scientist
Genetic coding revamp
17 Feb 2010, Byte Size Biology
"Codon" is now a four letter word
一本非常好的 Biochemistry textbook
Section 29.2 - Aminoacyl-Transfer RNA Synthetases Read the Genetic Code
Section 29.3 - A Ribosome Is a Ribonucleoprotein Particle (70S) Made of a Small (30S) and a Large (50S) Subunit
Section 29.4 - Protein Factors Play Key Roles in Protein Synthesis
訂閱：
文章 (Atom)