遇見科學

揭開物種演化之謎

台灣學者從酵母菌找答案

  西元1859年，知名英國生物學家達爾文出版了影響後代深遠的《物種起源論》，他在書中發表有關「物種起源」的觀點，認為地球上所有存在的生物都是由少數的共同祖先演化而來，相關理論不但成為奠定現代生物學基礎的重要學說，也讓「物競天擇」、「適者生存」成為你我都耳熟能詳的專有名詞。
隨著達爾文「物競天擇」學說的發展，也讓許多專家學者積極想了解更多生態奧妙；而與生物發展息息相關的演化學亦成為備受矚目的一環。像是中央研究院分子生物研究所助研究員呂俊毅與其研究團隊，就以酵母菌為研究主體，從中發現酵母菌「種化」的基因，解開不同物種之間為何雜交子代無法再繁殖的演化密碼。相關研究成果不但發表在「細胞」期刊 （Cell）上，更引發國際學者的關注。
何謂演化？呂俊毅表示，簡單來說「演化學就是研究生物變化的一門學問」。演化不但與自然界的生物發展息息相關，更與人類離不開關係，像是人類為何比猩猩聰明、禽流感為何會威脅人類生命，甚至連癌症細胞的病變歷程都跟「演化」有關。
我們都知道，生物的分類包括有「界、門、綱、目、科、屬、種」。當中，「物種」是演化的最基本單位，同「種」之間的生物才能交配繁殖，所以「馬」跟「驢」交配後所生下的「騾」就沒有生育能力。
然而，為何「騾」無法繼續繁衍下一代？八十年前，兩位演化學大師Dobzhansky與Muller博士曾提出假說，認為這可能是因為兩個物種間，某些「種化」基因不相容所致。呂俊毅表示，不同的相近物種就好像兩個不同品牌的車子， 以「騾」為例，因為其父母分別來自不同的「物種」，若兩者之間的基因無法互相配合，雜交子代就會出現問題，這就如同B品牌的汽車如果換上A品牌的引擎零件就無法運作的道理一樣，但究竟是那些基因導致不同物種之間的生物無法順利繁殖，其確切機制一直被科學家視為演化之謎。
  為找出兩個種之間為何不能相容的「種化」秘密，長年來有許多學者相繼投入研究，希望能找出答案。為此，呂俊毅組成的研究團隊，利用兩種相近但雜交子代卻不孕的酵母菌來進行實驗， 這兩個酵母菌種分別偏好有氧呼吸及無氧呼吸（發酵）。因為粒線體是細胞進行有氧呼吸的工廠，而呂博士發現的種化基因正是跟粒線體的功能有關，顯示可能在演化上為了適應不同的營養環境，而偏向不同的代謝方式，導致了兩個種的分離。
但為何要以酵母菌為研究主體，而不是以白老鼠或其他生物來做分析呢？呂俊毅表示，以酵母菌為研究主體的原因是因為酵母菌具有容易培養且生長快速的特性，加上其基因體序列都已完整定序，因此很適合用來進行研究。以酵母菌來說，本身具有16條染色體，研究團隊藉由交換染色體的方式來尋找「種化基因」。透過系統性篩選不相容基因方式，讓研究團隊成功從酵母菌中找到一對關鍵性基因。