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▌異形就在你身邊？
▌文／戴維斯（Paul Davies）
▌翻譯／姚若潔
▌提供／科學人
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生命的起源是科學尚未解開的大謎題之一。沒有人知道生命到底是如何發生、在哪裡發生、又是何時開始的。我們能確定的只有微生物大約在35億年前開始在地球上立足。至於更早之前，由於缺乏可信的證據，可說是眾說紛紜。
30年前，生物學家之間流行的看法是：生命的發生源自化學上的偶然。因為發生的可能性實在太小，在我們觀察能力所及的宇宙範圍中，不太可能發生第二次。這種保守的看法，可由與諾貝爾獎得主、法國生物學家莫納德（Jacques Monod）在1970年的文章得到例證：「人類至少明白，自己在無情而浩瀚的宇宙中是孤獨的。人類的出現只是一種偶然。」然而近年來，這種看法卻有極大的轉變。1995年，知名的比利時生物化學家杜維（Christian de Duve）認為，生命是「宇宙的必然」，並宣稱生命在任何與地球相似的行星上「幾乎一定會發生」。杜維的說法加強了天文生物學家的信念，認為宇宙裡生機盎然，美國紐約大學的夏匹洛（Robert Shapiro）把這種理論命名為「生物決定論」（biological determinism），也就是說「生命就寫在自然定律裡」。
科學家如何確認哪一種看法才是正確的？最直接的方法，是到別的星球（例如火星）尋找生命的證據。如果太陽系中的兩個行星都從無中生有、誕生了生命，便能確立生物決定論，可惜的是，可能還要很長的時間，探索紅色星球的太空任務才能進步到足以搜尋火星上的生命形式（如果它們真的存在），藉此仔細研究地球以外的生物相。
不過，要測試生物決定論，比較簡單的方法還是存在的。沒有別的星球比地球更像地球，如果生命的確在地球的環境條件下就這麼誕生了，或許在地球上，生命的起源已經發生過許多次。為了探索這種引人入勝的可能性，科學家已經在沙漠、湖泊、洞穴中尋找各種「異形」生命，也就是因為擁有獨立的起源，而與所有已知的生物有著根本差異的生物。這樣的生物應該十分微小，所以研究者設計的測試，是要能辨認出可能就生活在你我身邊的特異微生物。
科學家對生命的嚴格定義還未達成共識，不過多數同意生命有兩個註冊商標：代謝（從環境中取得營養物，把營養物轉變為能量，並排出廢物）以及繁殖。生命起源論的正統觀點是，如果地球上的生命興起不只發生過一次，其中一種形式會迅速取得優勢，並消滅其他形式。舉例來說，可能是因為其中一種形式很快地佔據所有可用的資源，或是和較弱的生命形式「結盟」，把成功的基因完全佔為己有。不過這種論述的證據卻很薄弱，例如細菌與古生菌（archaea）是兩種形式截然不同的微生物，在30億年前從共同祖先分家以來，就一直和平共存至今，誰也沒有把誰消滅掉。另外，另類的生命形式不見得會與已知的生物直接競爭，因為這些「異形」生物可能居住在已知微生物無法生存的極端環境中，或是因為這兩種形式的生命使用了不同的資源。
真的有異形生物嗎？
即使另類的生命形式現在並不存在，還是有可能在因某種理由滅絕之前，繁盛於遙遠的過去。在這種狀況下，科學家仍有機會從地質記錄裡找到它們遺留的生物學痕跡。假設另類的生命形式擁有截然不同的代謝，可能會以已知生物活動所不能解釋的方式，改變岩石或製造礦物質沉積。以獨特有機分子形式形成的生物標記，而且是我們熟知的生命形式無法創造的有機分子，可能隱藏在古老的微化石（microfossil）中，形成的時間可以追溯到遙遠的太古代（25億年前）。
有一種更令人興奮但也更異想天開的可能是，另類的生命形式至今仍然存在，而且就生活在我們的環境之中，形成一種「影子生物圈」（shadow biosphere）。這個名詞由科羅拉多大學波爾德分校的克萊蘭（Carol Cleland）與卡普里（Shelley Copley）所創。這個想法乍看之下可能頗為矛盾；如果異形生物就在我們眼前（甚至眼皮上）大肆活躍，科學家豈不早該發現它們了？答案卻是否定的。絕大多數的生物是微生物，而單是從顯微鏡下觀察，幾乎不可能區別出它們是什麼東西。微生物學家必須分析遺傳序列，才能決定一個生物在生命樹（把所有已知生命依據親緣關係而做的分群）中的位置。但是到目前為止，研究者也只對所有已發現的微生物中一小部份做過分類。
可以確定的是，目前仔細研究過的生物，幾乎都來自共同的祖先。已知生物共有相似的生物化學，也使用幾乎相同的遺傳密碼，所以生物學家可以分析它們的基因序列，然後將之安置在同一株生命樹上。不過研究者用來分析新發現生物的程序，是刻意設計成偵測我們認知中的生命形式，這些技術無法正確地對另類的生物化學有反應。如果影子生物只存在於微生物領域，科學家看漏了它們，也是非常可能的。
生態上與世隔絕的異形
在今天的地球上，研究者該到哪兒尋找異形生物？有些科學家專心搜尋佔據特殊生態區位的生物，但這些生態區位遺世獨立，一般所知的生物根本無法到達。近年來的發現則是，已知生物承受極端嚴酷條件的能力，實在令人驚訝。從滾燙的火山口到南極的乾燥峽谷等極端的環境，都有微生物存在，其他「極端微生物」（extremophile）還可以生活在在於鹽濃度飽和的湖泊中、含金屬的極酸礦坑污染物中，以及核子反應的廢水池裡。
儘管如此，最強韌的微生物還是有其極限。就我們所知的生物而言，液態水是絕不可少的。在智利北部的亞他加馬沙漠（Atacama Desert）就因為極為乾燥，完全沒有熟悉生命形式的跡象。再者，雖然有些微生物可以在一般水沸點之上的溫度繁殖，但目前為止，科學家還沒發現任何東西可以在130℃以上存活。然而，可想像的是，另類的生命形式可能在更極端的乾燥或溫度條件下存活。
所以，在生態上隔絕的地區，科學家或許能藉由生物活動的線索，例如在地面與大氣之間的碳循環中，找到另類生命形式的證據。要尋找這種隔絕的生態系，最明顯的地方是地殼深處、大氣上層、南極、鹽礦、以及金屬和其他污染物的堆積處。另外，研究者可以在實驗室中控制不同的條件（如溫度或濕度），直到所有已知的生命形式死絕；如果某種生物反應還留存著，那就有可能是影子生命存在的徵兆。科學家已經用這種技術發現了可承受輻射的抗輻射奇異球菌（Deinococcus radiodurans），這種細菌所能承受γ射線劑量，是人類致死劑量的1000倍。不過，抗輻射奇異球菌和所有已經鑑定出來所謂的嗜輻射生物（radiophile），在遺傳上都與已知生命有關聯，所以它們並不是異形的候選者。不過這並不排除以此種方法找到另類生命形式的可能性。
研究者已經整理出好些生態系，看起來應該與生物圈的其他部份完全隔離。在地底深處的微生物，無法接觸到光、氧氣以及其他生物的有機產物。它們賴以維生的方法，是某些微生物能利用化學作用或輻射活動所釋放的二氧化碳或氫氣，以行使代謝、生長與繁殖等活動。雖然目前為止發現的微生物與地表微生物的關係都很接近，但地下深處的生物探險仍處於初步階段，可能還有更多驚奇有待發掘。國際整合海洋鑽探計畫（Integrate Ocean Drilling Program）已經從海床底下將近一公里的深度採得岩石樣本，陸地鑽孔也從更深的地層發現生物活動的訊息。不過，目前為止，研究社群還未進行有系統且大規模的計畫，來偵測地下深處是否有生命存在。
異形生命可能就在身邊
也許有人以為，如果另類的生命形式活在已知的生物圈中，並不孤離，應該會比較容易找到異形。不過，如果影子生命只局限於微生物，而且與熟悉微生物混雜在一起，以一般的檢驗方式是很難找出來的。微生物的形態很簡單，大部份形如小球或短棒。異形生物倒是可能在生物化學上有所不同，尋找的方法之一是猜測它們可能採用何種「另類」的化學物質，然後尋找這種化學物質獨特的指標。
一個簡單的例子與對掌性（chirality）有關。大型生物分子擁有特定的「慣用手」：分子中原子排列的方式，可以像是鏡子內外影像，分成「左手」或「右手」的形式，不過分子卻必須遵從特定的對掌性，才能組合成更複雜的結構。在已知的生命形式中，蛋白質的基本構成單位胺基酸都是左旋的，而醣類是右旋的，DNA也是右旋的雙螺旋。不過化學定律對左或右並不挑剔，所以如果生命從無中生有又重來一次，基本單位的分子有一半的機會具有相反的對掌性。原則上，影子生命可能在生化上與已知生命幾乎一模一樣，只是以鏡像分子構成（例如採用右旋的胺基酸）。這種鏡像生命不會直接與已知生命競爭，兩者間也不能交換基因，因為相關的分子沒辦法互換。
幸運的，研究者可以用很簡單的程序鑑定出鏡像生命。他們可以準備特別的營養大餐，配方與標準的培養基相同，只是完全改用鏡像分子；鏡像生物可以津津有味地食用此特製餐點，而已知生命形式則會發現難以下嚥。美國航太總署馬歇爾太空飛行中心（Marshall Space Flight Center）的胡佛（Richard Hoover）與比古塔（Elena Pikuta）最近從事了這類的先導實驗，他們把新發現的多種極端微生物放進鏡像培養基中，然後注意這些生物的活動。他們發現有一種微生物可以在此培養基中成長，是從美國加州一個鹼性湖中的沉積裡分離出來的微生物，叫做Anaerovirgula multivorans。不過，令人失望的是，這種生物其實不是鏡像生物，而是擁有驚人化學能力的細菌，可以改變對掌性錯誤的醣類與胺基酸，把它們變得可以消化。話說回來，這個研究也只涵蓋了微生物世界的一小部份而已。
另一種可能性是，影子生命可能與熟悉的生物共有一般的生物化學，但是使用不同的胺基酸或核酸（DNA的基礎構成單位）。已知生物都使用同樣的核酸，依據特殊的鹼基A、C、G、T（腺嘌呤、胞嘧啶、鳥嘌呤與胸腺嘧啶）來儲存訊息；除了少數的例外，都使用同樣的20種胺基酸來建造蛋白質，擔任細胞中所有的工作。遺傳密碼使用三個為一組的核酸做基礎，拼出不同胺基酸的名字。基因中的三核酸序列指定出胺基酸的種類，串連在一起，建造特定的蛋白質。不過化學家可以合成許多不同的胺基酸，是已知生物中所沒有的。
一個1969年落在澳洲的彗星殘骸莫契遜隕石（Murchison meteorite），含有許多一般的胺基酸，不過也有異纈胺酸（isovaline）與偽白胺酸（pseudoleucine）等不尋常的胺基酸（科學家並不確定胺基酸如何在隕石中形成，不過多數研究者相信這些化學物質並不是由生物活動產生的）。這些不常見的胺基酸，有可能成為另類生命適當的基礎構成單位。要尋找這樣的異形生物，研究者需要先確認出某些胺基酸，它們不曾被任何已知生物使用、也不是已知生物代謝或腐敗的副產物，然後到環境裡尋找這樣的胺基酸，例如在活生生的微生物或是影子生物圈所產生的有機碎屑之中。
為了幫助縮小搜尋範圍，科學家可以從迅速發展的合成生命（或說人造生命）領域收集線索。生物化學家正嘗試把新的胺基酸插入蛋白質中，來建造全新的生物。美國弗羅里達應用分子演化基金會（Foundation for Applied Molecular Evolution）的班奈（Steve Benner）是這個領域的先驅。他指出有一類稱為α甲基胺基酸的分子，因為可以適當的折疊，似乎適合人造生命，這些分子目前並未在任何自然生物的研究中找到過。使用標準的工具來分析蛋白質組成，例如用質譜法來了解一種生物裡含有哪些胺基酸，對研究者要鑑定新微生物來說，會比較省事。任何凸顯出來的怪東西，都有可能表示此微生物可列為影子生物的候選者。
如果這個策略成功，研究者將會面臨一種困難：這樣的生物到底是真正擁有獨立起源的另類生命形式，或只是已知生物的新疆域？像是古生菌一直到1970年代才鑑定出來。換句話說，科學家該如何確定看起來像是新的生命樹，實際上是已知生命樹很久以前岔出去的分枝，只是長久以來沒被我們注意到而已，最早的生命形式很有可能與後來發展出的截然不同，舉例來說，以三個核酸一組的DNA密碼來指定特定的胺基酸，是非常精細的系統，顯示可能在演化過程中曾經過篩選來達成最佳的效率。由此推論，可能有比較簡單的前驅者存在，例如只用兩個一組的密碼來指定10種而非20種胺基酸。可以想見，有某些比較原始的生物到今天仍然使用古老的前驅密碼系統，這樣的微生物並不算是真正的異形生物，而比較像是活化石。儘管如此，如果發現這樣的生物，還是能夠引發人們高度的科學興趣。另一種古代遺留物的可能性，是使用RNA而非DNA為遺傳物質的微生物。
如果考慮生物化學上更大的差異，把獨立生命樹與我們生命樹的新分枝混淆的機會就會降低。天文生物學家已經思索以不同溶液（如乙烷或甲烷）取代水的生命，即使在地球上很難找出可以支持此種物質的環境。（乙烷與甲烷只有在非常冷的地方才是液態，如土星最大的衛星土衛六表面。）另一個普遍的猜測，考慮的是構成已知生物重要部份的基本化學元素：碳、氫、氧、氮與磷，有沒有可能這五者之一由其他元素取代後，還能夠形成生命呢？
磷對生命而言其實有些問題，它相對來說比較少，在地球早期的一般環境中，可溶性形式並不豐富，也不容易取得。之前在美國亞利桑那大學、現任教於哈佛大學的沃爾夫西蒙（Felisa Wolfe-Simon）提出假說，認為砷可以成功取代磷在現生生物中的地位，在古代環境中也具有特別的化學優勢。例如，砷在鏈結結構與能量儲存上，可以做到磷能達成的所有事情外，還可以提供驅動代謝的能量。（砷對一般生物來說是有毒的，正因為它模仿磷模仿得太好。同樣的，磷對於以砷為基礎的生物來說也是有毒的。）有沒有可能，以砷為基礎的生物仍然存活於缺磷但砷豐富的局部地區，例如海底火山口與溫泉？
另一個重要的變因是尺寸。所有已知的生物用胺基酸製造蛋白質時，都使用核糖體這種大分子設備來把胺基酸接在一起。因為要用到核糖體，我們生命樹上所有能獨立營生的生物，對於尺寸都必須妥協：寬度至少都要有數百奈米（nanometer，10億分之一公尺）。病毒就小得多，只有20奈米，不過病毒並不能算是獨立營生的生物，因為如果沒有受感染細胞的幫助，它們就無法繁殖。由於這種依賴性，病毒並不能被列為替代生命形式，也沒有證據顯示它們有獨立的起源。不過這些年來，有些科學家宣稱生物圈中四處都有許多微小的細胞，小到無法容納核糖體。1990年，德州大學的佛克（Robert Folk）讓大家注意到，在義大利維特波溫泉中的沉積岩內所發現的似球體與卵圓形的物體。佛克認為這些物體是石化的「奈米菌」（nanobacteria，他喜歡這個拼法），這些鈣化的生物遺跡可以小至30奈米。最近，澳洲昆士蘭大學的尤文斯（Philippa Uwins）從澳洲西部海岸附近深海鑽出的岩石樣本中，發現了相似的構造。如果這些構造真的來自生物過程（有許多科學家強烈質疑這個論點），或許是另類生命形式的證據：它們不使用核糖體來製造蛋白質，因而可以跳脫已知生命最小尺寸的限制。
也許，最吸引人的可能性，是異形生物就住在我們的身體裡。1988年，芬蘭庫奧皮奧大學的卡強德（Olavi Kajander）與同事以電子顯微鏡觀察哺乳類細胞時，看到許多細胞裡有很多十分微小的顆粒。這些顆粒只有50奈米，大約是普通細菌體型的1/10。10年後，卡強德與合作者提出，這些顆粒是活生生的生物，生存於尿液中，能使周遭的鈣及其他礦物質沉澱而造成腎結石。雖然這樣的主張依然有爭議，至少還是可以想像這些小人國產物是奇特的生物，使用完全不同的生物化學。
到底什麼是生命？
如果我們發現一種生物化學上很奇特的微生物，要拿它做為另一次生命起源的證據，而非我們自己生命樹的新分枝，就要看它到底與已知生物根本上有什麼不同。而在不了解生命如何開始的狀況下，就沒有確定的條件可以做這樣的區分，舉例而言，有些天文生物學家思考是否有能以矽化合物為基礎的生命型式，而非以碳化合物為基礎。由於碳在我們的生物化學中具有關鍵的地位，很難想像以矽為基礎的生物和以碳為基礎的生物會有共同的起源。另一方面，一個生物如果使用與已知生物同樣的核酸與胺基酸，只是使用不同的基因碼來指定胺基酸，就不能做為獨立起源的有力證據，因為這樣的差異可以用演化漂變來解釋。
另一個相反的問題也存在：不同的生物，生活在同樣的環境壓力下，特性往往會漸趨相同，在該環境條件中達到最適應的狀態。如果這種演化上的趨同性夠強，可能會掩蓋生命各自起源的證據。例如，採用的胺基酸種類，可能在演化中達到最佳化。一開始採用不同種類胺基酸的異形生物，可能隨著時間演化，而開始採用與我們熟悉的生物形式相同的胺基酸。
要決定一個生物是不是異形生物不僅困難，還會因為另一個事實而更加棘手：有兩組互相競爭的生命起源理論。一是生命由突然且顯著的轉變而開始，就好像物理上液態與氣態間的變化，也許是系統的化學複雜度達到某個閥值而引發的。這系統並不一定是細胞，已經有生物學家提出，原始的生命形式出現於一群細胞，這群細胞相互交換物質與資訊，而細胞的獨立自主與分出各個物種，則是後來才發生的。另一種說法是，從化學反應到生物體是一個連續延伸的過程，並沒有明確的界線可以決定何處是生命的起源。
如果把生命（這個難以定義而出名的問題）描述成具有某種特性的系統（例如可以儲存並處理某些訊息），便可以此特性做為非生物與生物領域之間清晰的界線，那麼討論一次或多次生命起源的問題就變得有意義了。然而，如果生物的定義不太明確，例如所謂有組織的複雜性，那麼生命的根源可能就與一般複雜化學無分隔地聯繫在一起了。這樣的話，要顯示生命有獨立的不同起源就變成困難的任務，除非兩種生命形式完全分開、根本沒有機會接觸（例如存在於不同恆星系的行星上）。
很顯然的，我們對地球上的微生物族群只研究過一小部份。每個發現都帶來驚奇，也使對生物來說何謂「可能」的範疇更加擴展。隨著地球上有更多環境被探查，很可能還會發現更多更新穎的生命形式。如果這些探索可以發現獨立生命起源的證據，就可以強力支持生命是宇宙間普遍的現象，也讓人更加相信我們在宇宙間並不孤單。
（本文原載於科學人第71期2008年1月號）
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▌複製動物肉奶能食用與否 引發爭議
▌文╱科科報編輯小組
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歐盟食品安全局發布報告指出，雖然對複製動物的研究仍有限，但就現有資訊評估，複製牛和複製豬的肉奶食品與傳統飼養動物相比，營養價值相同，在食品安全上「可能毫無差異」。
消費者和宗教團體強烈反對食用複製動物，理由包括科學家並不百分之百確知複製動物的影響性，在道德觀點上也還有爭論。支持者則主張，複製動物更能對抗疾病，提供更瘦、更嫩的肉，也無安全疑慮。
美國《華盛頓郵報》也報導，聯邦食品藥物管理局（FDA）近期也將宣布複製動物肉和奶製品可上架販售。這兩項決議都引發科學界和輿論爭論。
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