【探索16-1】生、不生、亂生與重生

講師｜臺大生科系 陳俊宏教授
撰文｜許楚君

雞蛋如何孵出小雞？一顆種子如何長成植物？人類為何能長成「人模人樣」，擁有相似的生理特徵？這些問題看似簡單，背後其實都隱藏了胚胎發育的複雜調控機制。然而在過往國高中的基礎生物課程中，胚胎發育學限於課程篇幅，卻經常被略而不談。對於多數人而言，關於生命的起始、發展、變形與再生，似乎都還是難以解釋的奧秘，也因此在大眾媒體中經常出現各種穿鑿附會的說法，讓生命背後的調控機制更添上神秘的面紗。

西洋古典音樂中的交響曲共有四個樂章，生命的發展也有如交響曲，有快有慢、有主調也有變奏，不同的樂章的曲式可能有所差異，也可能彼此呼應、彼此協調，共同組成生命整體複雜又和諧的樣貌。那麼，又是由生命體內的什麼機制，來指揮身體，演奏出這部交響曲？本期的「命孕交響曲」從最簡單的問題出發，試圖藉由交響曲的四段結構，將生命過程中的種種現象，劃分為「發生」、「錯生」、「重生」與「再生」四個不同的主軸：從開端的生殖、過程中失控的錯生與亂生、損傷後的再生機制，甚至完全喪失器官後再度移植的重生，經由現代生物學的眼光，八位講師們將由各自的專業切入，為聽眾勾勒出更繁複的圖譜。十月的第一場講座，便是由生命科學系的陳俊宏教授綜覽全局，為系列演講整體的結構安排做出較為全面的介紹，並導引出本期講座的核心概念。

●生命「發生」的起源

作為交響曲的第一樂章，生命孕育的開端乍看之下較為明快簡單，其實有相當複雜的運作機制，也蘊藏著生命過程最核心的奧秘。

在這個階段中，本次講座的討論將環繞著精生殖過程與胚胎發育的主題，由由中研院生物所研究員孫以瀚，與台大昆蟲系張俊哲教授擔綱演出。他們將分別在各自的兩場講座介紹這四個主要階段。張俊哲老師的講次，將介紹生物如何藉由內部的機制調控，在生殖的早期階段完整「燒錄」生理特徵；孫以瀚老師則就後兩個階段，討論個體發育形成複雜構造時，身體細胞、個體組織及器官在空間與時間上整合分布的過程。

生殖看似只是精卵結合的「偶然」，實則並不只是這麼簡單。首先精子與卵子的產出與相遇就已相當困難。以人類來說，成年男子每天雖可排出數億的精子，女性從青春期到更年期，一個月只會由其中一個卵巢排出卵子；僅有5-10微米的精子，必須從子宮頸到輸卵管，穿過比它長三萬倍的距離。在這過程中精子必須找到真正排卵的輸卵管而不迷路，在找到卵之後，又必須努力鑽過卵的保衛細胞，才能達成精卵結合。正常情況下，多數的精子會在子宮頸到跋涉與穿過保衛細胞的過程耗盡能量，最終只會有一隻精子順利進入卵。這個過程並不只是巧合，而是有繁複的控制機制。以珊瑚為例，每年春天珊瑚大量的排經、排卵，數目之多足以讓海水變色，但在這麼多種珊瑚之中，同種類的珊瑚精卵可以找到彼此；同樣的，飄散在空氣中的花粉在遇見正確雌蕊，才會萌發花粉管，而不會長出雜交種。

而在精卵好不容易結合之後，還須經過胚胎發育、細胞分裂、模式形成與形態發生才可能發育成一個個體。而我們要問的是，胚胎如何在十個月內，從一個細胞分裂出一兆個細胞？也就是說，平均一小時之中，每次的細胞分裂就必須複製30億個一模一樣的DNA鹼基對，還要製造出2萬種蛋白質，將它們放到正確的位置，轉成270種功能各異的細胞。

由此還可以進一步追問，這些細胞如何發育成各自不同的形態，而形成每種生物不同的特徵？譬如人的手腳不會長出蹼，是在胚胎發育之時就已設定手指間的細胞會死亡。人也不會長出老虎或鱷魚一樣尖銳的長牙。細胞內部的程式，會控制身體繼續生長、或者停下。這個過程顯然並非由機率所決定，因此多數的螺都擁有右旋紋路，多數的招潮蟹則是有較大的右螯。細胞的精密調控，也讓看似左右對稱的人體內部，可以擁有不對稱的血管與內臟。

生命的誕生看似雜亂隨機，其實是有隱然的秩序，也有固定的機制在背後調節。

●「亂生」的變奏

即使有如此精密的控制機制，生長的過程也可能出錯、失準，而造成超乎一般「設定」之外的生理特徵而形成疾病。生物也可能出現先天畸形的「錯生」，或者如後天病變、環境影響引起的「亂生」。譬如蟹足腫患者的組織損傷之後，後續會有不正常修復及增生，導致修復後的皮膚無法如初始平滑；而神經纖維瘤 與疣狀表皮發育不良症患者，也會長出多餘的組織，即使割除之後仍會不斷生長。

而在這些「變奏」之中，又可以發現，不同個體之間可能會有類似的表現，譬如唐氏症患者們沒有親戚關係，卻可能因遺傳變異擁有相近的外型特徵；又或者後天的感染，也可能使如茲卡病毒導致的小腦症患者具有類似的病癥。

在這些病例中，如果能找出失準的原因，或許就能進一步地找到方法精準調控，繼而控制疾病，甚至延長人類的壽命。

相關的三場講座，也將邀請到醫學院的謝豐舟、蕭信宏與張正琪幾位講師，針對談人類先天性缺損、傳染病導致的病變，與癌細胞的發生，來討論生命在計劃之外的「變奏」。

●「再生」與「重生」的秘密

如果損傷的組織器官可以重新生長，我們是不是就不必承受那麼多病痛呢？這個主題所追問的是，人類是否也擁有強大的再生能力，可以讓我們從傷害中自我修復？

人的內臟、血管其實都有我們過去不會注意到的再生能力，像是紅血球每隔120天就會代謝一次，胃壁細胞則會在每兩天新生以防止胃液的強酸破壞。然而比起渦蟲與水螅等構造較簡單的生物，人類的再生能力其實並不強大，前者擁有碎屍萬段之後也能再生的強大再生能力，即使是蠑螈與海星，也可以在切除肢體後重新生長出來。

然而生物的復原機制並不是那麼完美。從演化的角度來看，這些構造簡單的生物雖有強大的再生能力，免疫力卻比複雜的生物低得多。在免疫及再生之間總是難以兩全，陳俊宏教授就將在壓軸的場次中介紹生物如何在這兩端交換取捨。

假若組織器官無法再生，又該怎麼辦？在台大肝膽外科主治醫師柯明志主講的場次中，他將以器官移植為題，解釋器官在損害之後如何藉由借來的器官「重生」。

做為整首交響曲的第三與第四樂章，再生與重生也呼應著第一樂章的主題，卻又與第一樂章互相補充。在多數人的認知中，「再生」彷彿重演了部分的發育過程。再生是經由幹細胞分化為不同類群細胞的為特化細胞，與胚胎發育兩者都會使個體精準發育出適切的身體細胞。而在發育及再生的過程中，血管的新生則扮演不可或缺的角色，幫助不同位置的細胞得以交換物質，使身體得以循環。台大生科系李心予教授的講次，即是以血管的生長切入，解釋多細胞生物體內的「道路」怎麼建構起來，繼而成為所有生理機制的「基礎建設」。

生命從來就不簡單，在本期講座中，由各領域專家共同演奏的這部命「孕」交響曲，看似單純，實則具有繁複的過程，藉著探索「發育」的內在機制，我們或許將能找到生命最核心的主調，解開更多的秘密。

--
本文整理自：105/10/1由陳俊宏教授在臺大思亮館國際會議廳所主講之「生、不生、亂生與重生」演講內容。