2018年2月26日

「一」的力量— 單細胞生物學

許惇偉/牛津大學生物化學博士,專長為表觀遺傳學、分子生物化學。曾任職牛津大學,目前任教於國立高雄師範大學生物科技系。


圖一:虎克的顯微鏡。(Wikipedia)



細胞——虎克眼底下的微觀世界
雖然英國科學家虎克(Robert Hooke)不是透明玻璃的發明者、也不是玻璃磨鏡技術的先驅者,但在17 世紀中葉,他卻是率先改進凸透鏡品質與組裝方式,並利用這個可以清晰放大物體影像,也就是後來稱之為顯微鏡的裝置(圖一),仔細觀察了許多微小事物,並詳實畫出許多平常肉眼無法觀察到的細微之處。

1665 年,他整理了58 幅精美的手繪圖,加上60 個觀察報告,出版了《微物圖譜》(Micrographia)一書(圖二)。在這些精緻的圖片中,有一幅是他將軟木塞切片後的觀察,鏡頭下他看到軟木塞是由一個一個小格子組成,他將這些小格子命名為細胞(cell,圖三),並臆測生物可以再拆解成細胞這種更小的組成單位。不過,更進一步的發現則得又多等到近200 年之後,才由德國科學家施萊德(Matthias Jakob Schleiden)與許旺(Scheodor Schwann)提出細胞是動植物個體中,最基本的功能單位。也就是說,多細胞生物是透過各種功能不同的細胞,彼此合作,才能成為完整的生物體。 

圖二:《顯微圖譜》扉頁。(Wikipedia)
圖三:《顯微圖譜》中的軟木塞細胞。(Wikipedia)

一顆細胞的命運
看看我們自己,大家都是從一顆受精卵開始,經過40 幾次的複製之後,就變成了30 兆個細胞組成的多細胞個體,而不是30 兆個一模一樣細胞組成的個體。人體的多種器官是由不同組織構成,由組織就可再細分為神經、骨骼、肌肉、皮膚等數百種型態功能各異的細胞,因此如何由當初的單一細胞,何時、何處、如何轉變成這麼多種的細胞,進而彼此相互溝通,成就了多細胞個體的完整形成,一直是生物學界極想了解的問題。

然而,多年以來,礙於研究方法與生物材料的侷限,所謂細胞學研究,幾乎都是來自一大團混雜細胞的結果,因為這些細胞即使取樣自同一組織,但也不會全然相同,即使簡單如皮膚組織裡的一團細胞,裡面也可能包含形態各異的幾種細胞,甚至也會夾帶血球細胞,觀察到的結果其實是一群細胞的現象,即使你懷疑裡面有個細胞的功能是關鍵少數,它的特異性質也會被淹沒在其它多數細胞的背景性質中,無法被觀察到。所以,連這樣簡單的一團皮膚細胞都無法好好去講之間的從屬關係,要探討一隻小鼠,甚至是一個人身上每個細胞的來龍去脈,進而去了解一個生物體,那是不可能的任務。


從一顆蟲卵到成蟲——線蟲的細胞譜系表
1970 年代,英國劍橋分子生物研究室的布倫納(Sydney Brenner )與蘇斯坦(John E. Sulston)的團隊, 以秀麗隱桿線蟲(Caenorhabditis elegans, 圖四)為材料,......【更多內容請閱讀科學月刊第579期】

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