基因「膨風」的蠑螈

某些蠑螈擁有陸生動物數一數二大的基因組，身體構造卻充滿缺陷，牠們需求極低、懶散度日，走出一條另類的演化之路。

撰文／福克斯（Douglas Fox）

翻譯／林慧珍

紐斯河泥螈（Necturus lewisi）終日無精打采，彷彿身負無形累贅。這種帶有斑點的棕色蠑螈身長接近人類手掌，棲息於美國北卡羅來納州的河流，藏身在岩石或原木下的洞穴，很少遠離巢穴，通常一動也不動地坐在河床上「狩獵」：等待昆蟲游過，便反射性地俯身向前把蟲吞了。牠終生在水中度過，是一直沒變態完全的巨型幼體，四肢短小虛弱，不足以支撐身體，腳趾沒長完整，缺乏上顎骨，頸部可見凸出的幼體鰓。

觀察這類動物的體內，會看見另一個怪異之處：蠑螈的細胞比蜥蜴、鳥類或哺乳動物的大300倍，用最簡單的放大鏡就看得到在牠們透明的鰓中，一個個血球細胞在微血管中流動。

包括紐斯河泥螈在內的蠑螈長久以來是費解之謎，如今科學家才開始有些見解。這類動物身上的各種奇特性狀源於看不見的累贅：牠細胞的DNA量是人類細胞的38倍。地球上擁有最大基因組（genome）的四足動物就是紐斯河泥螈，唯一能與之相比的是肺魚，同樣也走懶散路線。

大多數哺乳動物、鳥類、爬行動物和魚類的基因組規模相去不遠，都介於5億~60億個鹼基對，這些鹼基對排列成一條長鏈，形成「基因」，也就是形成動物基因組的基本單位。

但各種蠑螈的基因組差異極大，範圍大致落在100億~1200億個鹼基對，也就是10~120Gbp（giga-basepair，1Gbp為10億鹼基對）。蠑螈的基因並不比其他動物多，只是牠們的基因組中到處塞滿了複製失控而來的DNA片段，亦即所謂寄生的DNA片段（parasitic DNA）。這些龐大的基因組迫使蠑螈走上慢活之路，支配牠們生命中的一切。

蠑螈將就著發育不全的身體、簡單的腦、薄如紙袋的心臟，拖拖拉拉地活著，有時可活上100年。蠑螈承擔這種累贅的回報，是至少獲得一種驚人能力：再生。蠑螈不僅可重新長出四肢，一旦切除大腦，最多還能重新長回1/4顆腦，就生存而言還挺方便的。

蠑螈那有悖常理的DNA造就了牠們的怪異性狀。DNA常被稱為生命的藍圖，當中包含的精確訊息，決定每個物種體內細胞的結構與功能。但是關於蠑螈的最新發現，顛覆了基因組總是細緻精準的概念。新研究揭示，DNA也透過與遺傳訊息內容無關的方式來形塑個體。DNA能扭曲身體及器官，效果有如哈哈鏡；每個物種能承擔的DNA有一定的量，超出後就會產生一些副作用。事實上，人類承擔的基因組可能已經接近極限，若再增大，就可能損害人類的最大資產：智力。

至於蠑螈，不免令人好奇，為什麼巨大基因組的累贅沒把牠們拖向滅絕。蠑螈在演化舞台上佔一席之地，顯示我們人類對演化的觀念，尤其是「適者生存」，具有嚴重的道德偏見：年輕人要努力工作、鍛練身體及大腦以獲取好的表現，而努力終會有回報。但蠑螈的遊手好閒反而是成功之道，牠們找到了鑽漏洞的辦法。

基因組塞滿寄生DNA？

巨大基因組之謎始於幾十年前的一個關鍵時刻，生物學家剛確認DNA是生命的遺傳分子，每個物種的基因組包含成千上萬由DNA組成的基因，指導細胞製造蛋白質及其他分子，令生物長得如其所是。

研究人員最初假設具有複雜身體的高等物種，例如靈長類動物及人類，擁有的基因較多，因此基因組也更龐大。但美國洛克斐勒醫學研究所的米爾斯基（Alfred Mirsky）與里斯（Hans Ris）在1951年推翻了這個論點，他們測量了數十種動物個別細胞中的DNA量，令人驚訝的是，非洲肺魚（African lungfish）及一種來自美國東南部的大型蠑螈兩生鯢（amphiuma），牠們每個細胞的DNA比人類、老鼠、鳥類或爬行動物的多了數十倍。科學家測量更多物種後，明確證明蠑螈與肺魚的基因組的確格外地大。

【欲閱讀全文或更豐富內容，請參閱〈科學人知識庫〉2022年第244期06月號】

(影像來源：pixabay)