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1 基因碎粒 -有關基因碎粒


讓我們從一段軼事開始吧!1956年3月,一些研究細胞質微粒的專家─這些人的研究正是我這篇文章的主題─因參加CIBA基金會舉辦的一個關於「游離輻射對細胞物質代謝的影響」的學術會議在倫敦會面。會中一個一直為眾人所討論的問題就是在試管中合成蛋白質時核醣核酸〈RNA〉所扮演的角色。在一場討論中,來自橡樹嶺(OakRidge)國家實驗室,研究核酸近二十年的WaldoCohn─Cohn曾與PaulZamecnik(譯按:Zamecnik團隊首先發展出無細胞蛋白質合成系統)在麻州綜合醫院(MassachusettsGeneralHospital)共事─發言表示:「這可能是個合適的時機發表一些關於核酸的評論」。Cohn借用他一位朋友的話來形容自己的研究經驗。這位朋友就是MassonGulland。1947年Gulland不幸死於車禍,那時他正在研究那個一些年後使FrancisCrick和JamesWatson聲名大噪的DNA雙螺旋結構。Cohn回憶道:「如果我沒記錯的話」,「是Gulland他宣稱『核酸並非物質而是配製方法』。

這句科學家戲謔但意味深長的話,也許可以使一些著名的素樸實在論者在動員所有資源對抗建構主義、工具主義和相對主義的幽靈之際,能更小心一些或者也更謙虛一點。大多數的科學家都非常清楚,他們所研究的客體是短暫的。當FrancoisJacob在他精彩的、題為《生命的邏輯》(Lalogiqueduvivant)的遺傳學史著作結尾處提出問題並在某個程度上藉此展望此學科的未來時,我們不認為這只是利用修辭來美化作品的手段。Jacob問道:「今天世界是由信息、符碼以及資訊所組成。而明天我們的對象又是會被如何地劃分?它們會在哪裡被重新組合?藏在其中的是什麼樣的一個俄羅斯娃娃?」對此,身為科學史家的我們應該自問,什麼是「科學的客體」?以這個對象為中心來撰寫歷史又代表了什麼意義?簡單的說,這一方面涉及「認識物」(epistemischeDinge)的歷史特性(譯按:認識物在此指科學的客體,也就是說當任何實體的未知特質,如結構、反應或功能成為實驗探究的目標時,我們便稱這個對象為認識物),另一方面也與我們陳述的歷史性(Historizitat)有關。

一開始,我想先為不熟悉這類研究方式與對象的朋友提供一些研究的脈絡。細胞質微粒的探索橫跨二十世紀生命科學中的許多學科:它觸及並結合了細胞形態學、生物化學和分子生物學。我將論證,我所研究的客體正是處於這些學科結構的交叉點,而且是所採用的描述與操作的技巧的干涉而產生出來並具體化的結果。故事是從細胞生化學與細胞形態學開始的。起初,細胞組成成分之間的關連與形態的研究是癌症研究計畫-包括與醫療事業和公共資源的整合-中的一部份。不過情況並不是一直如此,隨著新技巧、痕跡產生技術與儀器的運用-實驗老鼠、放射性胺基酸、生化模型反應、離心分離器、操作標準-細胞分化增殖過程中的次細胞體微粒擁有了自己的動力學。在這個過程中,一個面貌迅速轉變的新生物學脫離了它早先所立足的癌症與相關的醫學研究。很多事先並沒有預期到的研究都漸漸地以底下的生化分析為中心而展開:即在試管中合成蛋白質。最後,大約於1960年一次令人驚訝的新變化中,實驗工具再次證明,分子生物學的中心問題:遺傳密碼的譯解,可以藉由試管中合成蛋白質的相關研究而解決。

本文所涉及的研究,到今天為止一直為生物學史和醫學史所忽視。原因之一,為研究「客體」(例如微粒體)的路徑很難純粹以概念轉變的形式來描述,更不用說把它稱為典範轉移了。不過,這種觀點對一種以科學理論的突破為導向的歷史寫作來說是很無趣的。當然,我們也可以把分子生物學的發展視為以遺傳資訊傳輸的分子機制為基礎來全面重寫經典遺傳學的歷史。不過我還是認為,如果忽略研究客體在物質層面上的形成過程,就無法瞭解以分子語言所重寫的遺傳學發展的動力學。也就是說,忽視那個一再出現的,造成空前轉變的「認識物」的散播力量,我們就無法瞭解它的動力學。在此,令人驚訝的不只是實驗敘述的結構會一再地被打破的這種特殊文化;更特別的是,在這種敘述中試管裡生物學的過程是可以被支配的。

讓我們稍微回到開始時所暗指的那個認識論的議題。首先,文中描寫的「認識物」的歷史特徵到底有什麼特別之處?歸功於實驗配製方法,超結構的細胞質微粒、微粒體(microsome)或核醣體(ribosome)成為二十世紀生物學研究的樣本客體是不必再強調的事,接下去故事的細節本身就能說明一切。在這裡,我想借用MichaelPolanyi演講中的一段話來作為結論的一部份,並先將之摘錄下來:「相信我們所認識的事物是真實的,就是有一種獨立且強有力的感覺,可以在未來以一種我們想也想不到的方式顯示出來。」Polanyi因而宣稱,一個科學客體的實在性存在於它所企盼的歷史中。認識物的掌握性與存在基礎在於推測,即由認識物推測可能發展成什麼;然而,我們並不因此而能預知它未來的存在形式與狀態。也就是說,這樣的物體具有一個特殊的、自相矛盾的時間結構。根據GastonBacherlard所賦予的意義,這個時間結構就是指「再現」(Rekurrenz)(譯按:「再現」指以一個必然的、未來完成式的視野來回顧評估過去的科學事件)。正是因為這個理由,這樣的一個研究物體也就不屬於任何以無爭議的客觀性所描述的那些我們能夠掌握之外的事物;不過這也不代表它就是屬於可以任意建構的範圍。據此,這樣的存在物它特殊地科學的存有方式(Daseinsweise)正好就從它對我們建構企圖的抵抗性、反抗性和不服從性中顯現出來。「我們很難忽視,〔生物學家〕的工作以及所建構的模型與理論,並不只是取決於所使用的技術和抽象的手段,而主要是經由其所期待的、使人驚訝的結果。」科學的客體歸功於無法預知的事件;不過,卻因為科學家一定的思考框架或已習慣某種地方性的實驗文化,這個無法預知的事件不是被科學家不經意地忽略就是超越了他們有限的想像力。而科學的客體會一直是個研究的客體,只要它能以一種讓人作夢也想像不到的方式顯現出來。反之,一旦研究的客體失去了它的反抗性-若不是因為被轉變為一個技術黑箱,就是被鄰近研究領域中所出現的無法提前預知的發展排擠到興趣的邊緣-就會成為一個已被界定的「科學客體」(Wissenschaftsobjekte)而消失。

我的第二個意見是有關於一個後設歷史的問題。什麼是專注於科學客體的歷史陳述?如果我們決定不將「認識物」的發展視為觀念、學科、機構或個別研究者的發展,而視為狹義的物質的研究客體,那首先就必須考慮底下事物交界的地帶:描述技巧、實驗系統(譯按:實驗活動的基本單位,包含地區的、技術的、工具的、建制的、社會的和認識的因素)、已建立的學院學科制度化的研究計畫、個別的計畫。如果我們要追蹤「認識物」的發展路徑,則必須放棄對其他事物已形成慣例的分類。我們可以問,這裡所介紹的研究是否屬於癌症研究史、細胞形態學史、生物化學史或分子生物學史,或者,是否屬於蛋白質合成研究的前歷史?其實它屬於所有的領域,它在所有的這些領域中都沒有被取消並且依附於另一個還急待研究的跨學科的層次。嘗試說明研究客體橫跨諸領域的軌跡最終代表著,承認「物」為一個於超越個體向度的,向外征途中的主動的參與者;在這個過程中,操作「物」的主體並不是唯一的遊戲者。

本文的主要部分敘述一個小研究群尋找具有生物活性的、「純化」的微粒體所生產出來的一系列論述。這些微粒發展成無細胞蛋白質合成研究領域的一個中心研究客體。這些論述聯繫著一種特別形式的具象化,這種具象化並不是針對所推測微粒的物理性質,例如在電子顯微鏡下的形狀和直徑或者在超速離心器分析中質量和沈澱系數的測定;也不是針對化學性質,如在特定的溶解條件下蛋白質和核酸的關係;也不是針對生化性質,如以放射標記技術標記胺基酸;也不是針對分子生物學的觀點,如核醣體在轉換遺傳訊息時作為模板。這樣的例子,我們還可以舉出很多。這種細胞質微粒存在的方式與僅從生理學和生物化學專業的角度來看,不同的地方在於,這方式有必要一直回頭與生物學上的某種功能建立起聯繫。而單是這個「功能」就能讓「描述」在有關生物學客體的探討與爭論中作為論據。這個說法錯綜複雜的原因就在於,我們所猜測的那個能夠造成某生物學功能的機制本身正是屬於仍在被研究的微粒所剛被描繪下來的性質;因此並不能被當作是一個固定的、從外面設定的參考點:闡明這個猜測機制正是整個研究努力的方向。

也就是說,這並不是「描述」與作為物自身的、想像所指涉的客體的關係,而是不同「描述」之間的對應與不對應推動了科學的客體產生的經驗過程。理想上,從有關物理性質一直到生物功能的各種「描述」是各自獨立地被生產出來。它傳達給從事相同研究工作的人一種能追蹤到「實在」的感覺。任何人,如果缺乏這種感覺,就很可能無法與其他人共同參與這趟充滿驚異的實驗之旅了。在這裡,「實在」的作用只是「第二層次」的概念,它出現在所有可替代的「描述」之間的交叉點。整體說來,科學的客體並不是「物」(Dinge),而是認識的興趣所針對的一種「對象」(Gegenstande),它是各種只在短暫的歷史時間內穩定的「描述」之間的密切的、但卻不穩定的結合。這不表示以知識的客體身分出現者將一無所存,也不表示它們會在通往未來的路上又再度完全消失;這裡所提的是,在沒有努力之前無法預見會有什麼內容。當沒有人再指望這個客體會成為驚異的推動者時,所得到的結果可能就會被邊緣化了。被穩定的客體也可能轉入技術的領域,這樣有時也會使研究客體沈寂無聲。為了以長遠的眼光理解科學客體所具有的奇特的、脆弱的現實性以及與其相聯繫的各種「描述」,必須體會中心化與邊緣化的遊戲,即這些「描述」在一個特定認識領域與其所處的那個更廣的知識文化之內的聯繫與移動。科學現實的範圍絕非閉鎖的。總而言之,各種特定形式的「描述」的重新組織、重新分配或分叉與融合,成為創造無法預先感知到的認識事件的前提。如果只是從單純的路線追溯客體的起源的話,那這樣的事件並不會發生。因為某種程度上的雜化勢不可免,所以驚異所扮演的推動角色還是保持下來。

解釋的運動並沒因此被排除在外。特別所指的是,「認識物」的概念無法與其所處時代中的那個無法事先預想認識的、但可導致形成某物的轉型路線分離。我想在這裡提醒大家留意不久前剛過世的法國歷史認識論大師GeorgesCanguilhem告誡歷史學者的話。他說:「一個當今科學的過去並不等同於這個科學在它過去那時的狀態。」這樣的態度必須在我們決定如何面對科學史之前確定。Canguilhem決定性的觀念認為,歷史認識論的定義就是由從今天的角度去回顧一個科學的過去。反之,很多當今的科學史家卻喜歡把它視為觀察科學在過去的狀態。


起點

整個微粒事業的發展-首先從高等生物細胞的細胞質開始,然後也從細菌中觀察-是驚人的複雜。同樣複雜的還有這個客體在分子生物學發展過程中很多方面所扮演的角色。它多變而複雜的命運遠遠超出這篇概略描述整體事業或其中研究方向的分化與結合的文章的想像。所以我只想把焦點限制在一些主要的轉變上,也就是1935年到1965年之間所經歷的發展軌跡。在這段時間內,微粒被穩定地確立為遺傳資訊在蛋白質合成中細胞現象的表現機器。

標示出對細胞質微粒研究的轉變與斷裂的特徵,往先進技術前緣推動時所多多少少呈現出的混亂現象,如突破、推遲與再現;簡言之,任何能劃分已知與未知的實驗工作,都傾向於消逝在一種濃縮的描述之中。不過濃縮的描述可以使焦點集中於「主要的方向……一個被理想化的平均線」-Fleck很可能這麼說-或者使「各種相關解決方案的形式序列」重現的連續性顯而易見。「物」的一生或系譜學無法避免地會與所選取的那些強調出發展道路的事件產生聯繫。一但我們承認這種解釋的形式,那「物」的歷史就不會從內含的反身性中流逝。但是我們還是要也必須要意識到,這些事件偶然的發生和它們特殊的性質。雖然我們描寫這樣的研究軌跡,但是不能因此忘記這個軌跡是無法事先規劃或預測的。

最後,在故事開始之前還要再提一件重要的事。一般說來,科學客體或者說認識物都是深深地隱藏在實驗系統之中。而這個系統為科學家打開了接觸這些客體的通道,並允許科學家以特定的方式來形塑它。實驗系統把科學客體埋入科學文化或科學實踐所處的那個較廣的物質領域之中。這個領域不僅包含了工具化或紀錄的規定,也包括了研究的樣本生物以及與它產生短暫聯繫的觀念。我希望這樣的區分對底下的敘述能有所幫助。


湧現

1930年代末,兩件事標誌著以離心方式解離在試管中離心液裡的細胞質(譯按:離心液在此指原文中的Fraktion,意指細胞質打碎後的碎粒與細胞液等物質。因為各種物質的密度不同,所以在經過高速離心後會形成不同層次的沈澱。譯者依上下文將其譯為離心液、層析液、沈澱或碎粒)的開始:在癌症研究中出現了一種具有攻擊性的認識客體以及引入一種強力的新儀器,即:致腫瘤因子以及超速離心器。因為以生化方法純化那個早在1910年就已經由PeytonRous所觀察到的,從雞肉瘤溶解出來的分離液的成果不佳,所以1936年時在紐約洛克菲勒研究所JamesMurphy病理部門研究的AlbertClaude便打算轉而求助於高速離心器。這時,自英國傳來以高速沈澱方式過濾出Rous的那個致腫瘤因子的新聞。正在尋找新技術的Claude便立即採用了這項新工具。首次實驗的成果的確令人鼓舞,以高速離心器分離受感染組織所得到的沈澱,其中致腫瘤因子的濃度大約是3000單位。這個值大約為Claude過去幾年以傳統生化方法所得到的高了兩個數量級。然而在一控制對照實驗中,Claude發現正常雞胚胎組織的離心液的化學與物理性質與前述含有腫瘤因子的離心液相同,不過唯一的例外就是,對照組離心液不具有傳染的生物特性。

這個結果有兩個可能的解釋。要不是含腫瘤因子的主要成分除了因子本身之外還含有一種類似細胞層次的「雞腫瘤素的先驅物」(VorlauferdesHuhnertumor-Prinzips)。事實上,雞肉瘤可能導因於一個內生而不是外在地病毒的來源的這個假設就是Murphy研究動機之一。1920年代末期,雞腫瘤研究重新回到Rous於1915年時所留下的基礎。第二個可能性在於,誘發腫瘤離心液中的大部分只是由一些「也同樣在普通細胞中存在」的「內在因子」(inerteElementen)所組成。

一開始無法確定致腫瘤因子為內生或外在的確讓Claude無計可施。這個未決的問題也一直挑戰著他,不過在幾年之內,他還是離開研究了十年左右的Rous氏致腫瘤因子。在這裡,我們可以見到一個「認識物」轉移的標準範例:因新工具引入一個已存在的實驗系統,以及無法將由新工具所得到的新發現導入原來的解釋框架內而造成的轉移。這時,一個可替代的選擇便顯露出來,Claude為了分離出會導致癌症的那個次顯微鏡的「要素」(Prinzip),將「差別超速離心法」(differentielleUltrazentrifugation)引入了他的實驗系統。現在,技術有希望打開通往分析普通細胞的細胞質之門-一個新的、以技術為依據的細胞學就此出現。不過,這當然是一個被他所認識的人視為具有技術才華的Claude偏愛的說法。

藉著差別離心技術的幫忙,Claude開始將細胞質放入一個新的,描述次細胞結構的產生、特徵、分離與純化過程的空間。一百多年來,細胞形態學一直屬於以光學顯微鏡觀察以及所屬細胞原位(譯按:原位即insitu,意謂考慮細胞與其相應組織的關連性)切片、固定與染色技術的領域。自十九世紀末,除了細胞核之外「粒腺體」(Mitochondrien)也被視為真核細胞的主要特徵。它似乎存在於嗜鹼性細胞中那些或多或少呈現均質狀的基礎物質中,並有時被稱為「動質或內質網」(Ergastoplasma)。為了得到次結構而打碎細胞的作法,對一些受傳統訓練的細胞學家來說,若不是荒謬至少也是無意義的。

1941年,Claude在冷泉港(ColdSpringHarbor)關於「基因與染色體」討論會中報告他研究的進展。討論會主題的遺傳學色彩很可能讓今天的我們對Claude的報告感到奇怪;不過,這個不協調的感覺卻將一個更寬廣的、第一代細胞質微粒贏得其身份的科學脈絡展現在我們的眼前:一個早已為人所遺忘的細胞質遺傳,或細胞質發生與染色體或核遺傳關係的脈絡。一開始Claude用18,000公克超速離心一小時之後收集離心管中的沈澱物,他確認沈澱物中之小微粒正是細胞學上已被較清楚描繪的粒腺體或碎片。這些小微粒雖然已經無法以光學顯微鏡觀察,但是還能藉著「暗視野顯微鏡」(darkfieldmicroscope)使其具象化為許多反射點的小堆積。它的化學組成似乎值得注意,因為除了大約佔了一半的脂質之外,它還含有蛋白質以及含量較少但是特別引人注目的核酸(RNA)。


核酸

Claude所發現細胞質微粒的化學組成引起了科學家的注意。其中,特別值得細細思考的是它含有RNA。因為含RNA這件事有時還會因為扯上「?核酸」(Zymonukleinsaure)而讓人聯想到這個物質最常出現的生物:酵母。這份來自洛克菲勒研究所的報告引起了布魯塞爾自由大學JeanBrachet的注意。之前幾年,胚胎學家Brachet就已專注於發展對DNA、RNA分部組織化學染色的方法。藉著這個方法,可以量化DNA和RNA在不同的組織、細胞小室或不同的器官中的關係。這樣的工作是在一個以細胞化學為基礎的胚胎學的範圍之內。1930年代,Brachet在發育的海膽卵中證明了RNA的存在。RNA不再如過去所推測的一般,只是植物細胞的獨特成分。經由靈巧地將RNA的?消化與一個專一的、以甲基綠派倫紐(methylgreenpyronin)為基礎的RNA染色技術(譯按:在此染劑下DNA呈綠色或紫綠色,RNA則成苯胺紅或紫紅色)結合在一起,Brachet還成功地找到細胞中出現RNA部分的中心點:RNA主要出現在核結構和內質網(Ergastoplasma)中。甚至證明一個活化的、正在合成蛋白質的細胞含有特別多的RNA。Brachet下結論道:「這不禁讓我得出一個結論,戊醣核酸(pentosenukleinsauren)(譯按:即RNA)經由一個還不清楚的機制涉入蛋白質合成。這個說法與目前所確定的事實相符合。」

大約在同一時期,布魯塞爾也發生了一些促成類似看法的事。Brachet在列日(liege)大學的同事AndreGratia與在羅納省農業動物研究所(StationdeZoologieAgricoleduSud-EstdeSaint-Genis-Laval,Rhone)工作的AndrePaillot合作,在一次偶然的機會裡他們觀察了所有Claude考察細胞質微粒時所獲得的發現。Gratia和Paillot工作的領域是絲綢工業,而所欲解決的問題是蠶蛹的病毒症。為了分離出導致蠶蛾黃膽的蠶蛹病毒,他們使用了Henriot-Huguenard發展出的以空氣驅動的超速離心器的原型。如Claude一般,他們從打碎的均質組織樣本中將那個猜測中的病毒微粒沈澱出來。另外,他們也在對照組中,也就是健康的組織中,發現相同的小顆粒,只不過和Claude的實驗結果相似,健康的組織並沒有感染。

藉著在布魯塞爾EmileHenriot實驗室地下室中那臺超速離心器的幫忙以及國家科學研究基金的資助,JeanBrachet與他的同事們,如生理學家RaymondJeener和年輕的生化博士候選人HubertChantrenne著手,如他們所稱,將「巨分子尺度的細胞質微粒」分離出來。在布魯塞爾,微粒的意義是被放在蛋白質合成的脈絡以及其與胚胎發生中細胞分化的關係來理解的。儘管比利時在1940年5月被納粹德國佔領,但是這個研究群還是能在原有的原位RNA分部染色以及?消化技術上跟上新的超速離心技術,繼續對不同動物的各種組織做許多的研究。不過工作的條件因政治環境變得愈來愈差,不久便無法再獲得來自英國或美國的科學期刊。之後,1941年11月因為德國佔領軍要求猶太裔的教授離開大學,所以學校終止了他的教學活動。不久布魯塞爾大學關閉,以Brachet為首的研究群也因此必須解散。

在一系列於1943-45年發表於《Enzymologia》(?學)期刊的文章中-雖然是暫時的研究成果,但是內容十分廣泛-,Brachet、Jeener與Chantrenne基本上獲得了以下的成果:在成長的細胞中所有的細胞質RNA都幾乎集結在許多的巨分子顆粒中,而且這些顆粒與許多不是具有水解不然就是呼吸作用的?結合。這個結果令Brachet產生懷疑,因為當時普遍的假設認為蛋白質的合成是蛋白質水解(Proteolyse)的反向作用;在過程中呼吸?供應必要的能量,含有許多??(peptidase)的水解?則催化與平常作用方向相反的反應使勝?結合。所以,為了使反應朝勝?結合的方向作用Brachet假設,RNA應有使合成中的蛋白質本身結合以及打破溶液化學平衡的功能。對「物」的這個看法還有其他的觀察支持。在特化的細胞中,如產生胰島素的胰臟細胞或合成血紅素的紅血球,都能發現可觀數量的含有各自特化蛋白質與細胞質微粒的沈澱。

在研究過程中Brachet逐漸對Claude的猜測產生懷疑。根據Claude,含RNA的微粒就應與粒腺體視為同一物質。不過因「戰爭的紛亂與裝備的缺乏」的妨礙,使他無法進一步將他研究的微粒根據其大小在不同的離心液中分析出來。從1942年到德國佔領結束Brachet一直都沒有實驗室可用,因此到1944年底他都沒有從事任何更深入的系統實驗。


測定

Claude看起來則是另一回事。就在Brachet發表他的實驗成果之際,Claude已經放棄了之前把他的微粒視為粒腺體的看法。因為稍微改變緩衝溶液和離心的條件之後,所獲得的微粒沈澱物中就不再含有粒腺體碎片大小的物質了。因此,Claude重新將它的微粒命名為「微粒體」(microsome)。從今天的眼光來看,超速離心器在1930年末期和1940年初期似乎就意味著分解細胞質結構研究的合適儀器。不過事實並非如此,在剛開始運用新技術的幾年之中其實產生了許多無法分類的本質或實體(entity),它們不但無法如期待地被釐清,反而更混淆了傳統細胞學的圖像。大約過了十年,超速離心器才成為細胞生物學實驗中所固定使用的儀器,也找到可以重複生產,並可連接上傳統細胞學與生物化學知識的新的描述空間。

基本上這個測定工作就是Claude的功勞,從那個叫「微粒體」的新科學客體的產生就可以看出來。在二戰期間,因為他與許多洛克菲勒研究所的生化學家、細胞化學家與酵素學家合作,如RollinHotchkiss、GeorgeHogeboom以及WalterSchneider,所以他工作的進行相對上來說並沒有受到太多阻礙。洛克菲勒的研究員找出了一般可應用的條件來量化區分微粒體與其他的細胞質囊泡,並對穩定的分餾液製作他們所稱的「生化圖譜」或「酵素圖譜」。一旦GeorgeHogeboom、WalterSchneider和GeorgePalade以蔗糖離心技術為基礎發展出一個完美描述未受損害的粒腺體的方法之後,就能很快地表明開始時集中在「小微粒」上的呼吸酵素會隨粒腺體移動。反觀微粒體酵素的活動模式是比較貧乏、相當不規則而且沒有特定的方向。至於「微粒體」在新陳代謝中可能扮演的角色到1940年代末期Claude也都還只能猜測。他以為「微粒體」可能包含在一個「厭氧的機制」裡或者也可能是一個「不同合成路徑間能量傳遞的中途站」。


挑戰

Brachet團隊一直要到二戰結束獲得自由後才又在布魯塞爾重新聚集,實驗工作也因此而重回正軌。HubertChantrenne著手深入研究諸多微粒的大小與統一性,也正是在這時候「微粒體」這個專有名詞開始見諸於期刊。Chantrenne選擇了老鼠肝臟的均勻組織液(Homogenate)作為出發點。在為重新裝置的Henriot-Huguenard離心器仔細地調整和設定之後,Chantrenne成功地將樣本分離成五層,這個結果也讓他開始懷疑Claude所提出的那個嚴密的粒腺體-微粒體二分法。從量的角度來看,Chantrenne的五層離心液在化學組成上呈現出的差異性是漸次的,特別是就RNA的含量與酵素活性而言;但是若以質性而言,所呈現的是一些完全可以相互比較的特性。Chantrenne因此下結論道:「看起來我們好像如所願地將顆粒分成很多群,可是在我們的實驗與觀察中並沒有什麼能指出在這些不同的微粒群之間存在著清楚的界線。」在文章的討論中他回溯到一個早期關於存在於酵母的細胞質中所謂的「自由」核酸的觀察。他猜測,微粒的連續性可能反映著一個漸次生長的過程;在發展過程中「原本『自由』的核酸會被裝入可沈澱的微粒當中。核酸非常可能與在發展過程中增長的小微粒結合。」當涉及微粒體作為「微粒」的身份時,我們是否能說「微粒體」只是在細胞質連續體中的任意一段?它的界線似乎取決於離心的條件而非任何具有生物學意義的特性的區分。它是「配製方法」(preparationmethods)。

與Chantrenne所採取的路線一般,Brachet也一直有個想法,他認為「微粒體」可能在胚胎發生組織分化過程中扮演了某種角色。果真如此,那RNA病毒與經由所謂的細胞質基因(plasmagene)主導細胞質遺傳的概念之間的相似性就不再只是居於次要地位,而是一種相當明確並可促進針對含RNA巨分子研究的觀點。1940年代末期,Brachet與賓州大學(UniversityofPennsilvania)的Johnshaver合作一個實驗,他們計畫測試一個關於出現於神經系統感應過程中的顆粒的形態發生活性的假設。Shaver和Brachet將從各種胚胎組織分離出的「微粒體」注射在處於分裂狀態的兩棲類卵細胞內。然而實驗並不如所預期,在一系列長期而費力的嘗試之後他們發覺,與感應相關的實驗「就這點而言是沒有結果的」。

雖然Claude和Brachet做了許多研究,不過再接下去的十年,他們並不屬於揭開「微粒體」作用機制秘密先鋒部隊中的一員。Claude的強處是擁有昂貴的儀器做測定以及將實驗操作流程標準化。在1949年回到比利時之前還在洛克菲勒研究所的幾年,Claude將他早先所研究的雞腫瘤因子以電子顯微鏡來觀察。就Brachet而言,他似乎醉心於RNA可能參與蛋白質合成的這個想法。然而這個使其他事物相形見拙的、對形態發生的興趣卻使他的研究集中於「微粒體」在胚胎發生中的角色。


新技術:胺基酸標記

1950年代初期,加州理工學院(CaliforniaInstituteofTechnology)的HenryBorsook、瑞典的ToreHultin、哈佛的NormanLee和RobertWilliams以及在波士頓麻州綜合醫院PaulZamecnik研究群工作的ElizabethKeller等人發表了一系列的實驗成果。這些報告的共同點是他們都使用放射性或重同位素標記胺基酸,以便追蹤蛋白質在動物組織中的新陳代謝。所有的結果表明,「微粒體」的小顆粒可能被視為建立?鍵的原始拓撲結構。放射性同位素是在二戰不久之後才供科學研究使用;很快地,放射性標記的胺基酸也供商業用途。如同細胞離心液高速離心的例子,放射性胺基酸標記技術也是經過嘗試、校準和實驗操作幾個時期才發展成研究?鍵結合機制的可靠工具。不過它的後果以及實驗系統的建立和之前微粒實驗明顯的不同在於,「微粒體」-根據純操作所得知的沈澱行為、化學組成以及酵素模式-到那時為止都被包含在蛋白質合成的實驗研究中。首先,實驗以體內(invivo)的方式進行,很快地就在特別為此發展出的體外(invitro)系統進行。


從微粒體到核醣體

在這之間,Chantrenne有關涉及動物細胞微粒體操作配製的異質性的懷疑已經獲得充分的證明。因此,就像動物園中擁有豐富的物種,關於所有大小等級的,或多或少帶有酵素以及種種RNA和蛋白質成分的細胞質微粒的討論出現在各個學術會議和論文之中。在整個以動物、植物然後也包括細菌細胞的細胞質離心液的分離為基礎的蛋白質合成系統發展中,這些多樣的實驗形成了尋找具生物活性的、「純化的」微粒體的動因之一;當然,只要這個東西的存在真的能成為研究的出發點的話。

溶解

為了純化微粒,PaulZamecnik和他在麻州綜合醫院的工作夥伴JohnLittlefield選用Natriumdesoxycholat作為溶劑。這個溶劑可以溶解微粒體碎粒中的蛋白質-脂聚集。在以溶劑洗淨之後,Littlefield以105,000公克高速離心成功地沈澱出許多小微粒。不過,由未溶解的沈澱物中能再次取得富含RNA的「核朊微粒」(ribonucleoproteinparticle)這個現象看來,微粒中的RNA和蛋白質的組成是與溶劑的濃度有關。不過因為微粒的生物活性,也就是在試管內的結合能力成為清洗過程中的犧牲品,所以並沒有可能對配製操作程序作有效的控制。在這種情況之下,就必須尋找其他可能的替代規範,使最後經由此流程產生出來的微粒的「堅強」能經得起新一輪實驗的試煉。如此自我擴大的研究過程涵括了研究群一個緩慢但持續的擴大:它逐漸將病毒學家、細胞學家、生物化學家、生物物理學家以及癌症研究者吸納進來。

電子顯微鏡

藉由電子顯微鏡所提供的諸多描述之一是微粒的大小等級與形狀。透過這種描述方法,使尋找微粒體功能和另一個研究方向產生聯繫,即:電子顯微鏡超微細胞結構在原位(insitu)與體外(invitro)研究上的比較。電子顯微鏡的先驅工作是洛克菲勒研究所ErnestFullam和AlbertClaude關於粒腺體的研究。在一系列更廣泛的研究發展過程中,由於新的樣品植入技術和微切片機(microtome)的發展使切片能夠達到20-50奈米(10-9公尺)的水準,因此從前在Claude實驗室工作的KeithPorter發現了一個新奇的細胞質結構。他將之稱為「內質網」(endoplasmicreticulum)。兩年後,GeorgePalade透過綜合各先進的樣品備製技術而獲得一張原位電子顯微鏡圖像。在圖中可見到內質網表面上的、電子緻密的小微粒。1954年,曾經在Zamecnik研究室裡第一個以碎粒為基礎建構了無細胞蛋白質合成系統的PhilipSiekevitz參與了Palade的研究。他的加入為洛克菲勒研究所團隊帶來了生化專業技術。他們的目的是希望將以下兩個觀念聯繫起來,即:當初描述微粒體特徵的「細胞化學觀念」以及以電子顯微鏡研究為基礎的「形態學觀念」。從這些實驗的過程中顯示,經由超速離心所獲得的微粒體碎粒是由內質網上面帶有電子緻密的小微粒的碎片所組成。這樣的微粒在細胞中以原位的形式以及在離心相關技術中的具象化所引起的共鳴,更強化了兩者的描述。這樣的共鳴正是科學家口中所稱的「獨立證據」的特徵,它被視為可排除可能出現的人造現象或效應(校註:指非研究對象本身的性質)的重要規範。

藉著內質網以及依附其上稠密的小微粒的區分,研究者自然地將顆粒視為一個「純微粒」,試著從未處理的微粒體層析液中的其他部分中分開。在一系列的實驗嘗試之後,研究者宣稱已獲得所謂的「後微粒體的層析液」(PostmikrosomaleFraktionen)。當然這得歸功於不同的操作,例如藉著糖溶液來清洗、各種高溫的「老化」、以Versene加溫促進反應或摻入已經知道的Desoxycholat(譯按:用來清洗細胞膜邊緣含有脂肪的成分的清洗劑)。這些技術影響了細胞化學對微粒的描述:因為大部分的微粒都提供了一半蛋白質一半核酸所組成的顆粒,而這些顆粒逐漸地被稱為「核朊微粒」(ribonucleoproteinparticle)或RNA微粒。這些結構很快地在某個程度上就成為細胞質核酸的同義字,僅管在微粒體的沉澱後還保留了相當穩定的-大約佔細胞RNA含量十分之一-RNA含量,可是在那時並沒有人理會這個現象。

如果放在電子顯微鏡下觀察,清洗過後的微粒相當均質,不同於未處理的微粒體層析液中的碎粒的膜表面上的不規則顆粒。可是電子顯微鏡的使用無可避免地就將樣品配製的問題扯進來。Littlefield所測未固定微粒的直徑大約在19-33奈米之間,這個值本身的差異性就已經相當可觀。反之,Palade以鋨(osmium,Os)處理的微粒直徑僅10-15×奈米。再一次地,微粒大小的問題無法單獨透過電子顯微鏡的表現或明顯的操作介入方式得到解決。

速率沉澱

除了電子顯微技術之外,屬於刻劃這些「巨分子」特性所使用的技術還有電泳(Elektrophorese)以及利用時間區隔模式與不同沉澱係數的分析式超速離心。在1952到1954年之間,MaryPetermann和她在紐約SloanKettering研究所的一群女性研究員密集進行從鼠肝癌組織中取得的「巨分子」速率沉澱研究。她們發現鼠肝微粒在50S(譯按:S即沉澱係數sedimentationco-efficiency)區域有個巨大的峰(譯按:指以50S沉澱出最多的物質)。從光學圖片來看,Littlefield的微粒的主要尖峰達到47S。這個數值接近Petermann等人所描寫的測量值。若以含Desoxycholat的物質處理過,則出現在較高S值區域的寬峰就會消失。可是因為還有較小的尖角出現在47S區域的微粒之後,並且在清洗手續之後不會消失。所以問題就出現了,是否微粒體離心部分的核朊微粒本身仍是非均質的物質?同樣地在這裡,問題還是無法只透過分析式超速離心技術的描述方式到解決。

研究者並無法從所有描述技術之中獲得一個確定的基準點,以便測量或校準在這個問題中所出現的科學客體的形狀與組成。科學客體毋寧是經由完全不同的生物物理、生物化學和生物學描述之間的相互關係與疊合而逐漸成形。然而,因為物質在試管中經過離心程序而不再具有生物活性,所以一開始也只能提供一個負面功能的參考點。這些實驗的描述,有一部分是相符合的但是也有一部分是相互干涉甚至排斥。例如,Desoxycholat微粒在1953年出現於蛋白質合成的研究領域中之後爭議了三年以上,最後終於變得過時而自實驗的場域消失。因為沒有人能證明在處理過後還能發現生物活性。

與這個認識的轉變(epistemictransformation)相關的事物中,配製樣本的準則扮演了一個決定性的角色。與此相應,在描述實驗結果時所使用的專有名詞也反映出這個廣泛的操作空間。這些各種不同的方式與途徑-起始物質、檢測的儀器、物理分離技術與生化分析的選擇-都會相互影響。終於,在一條大體上來說是羊腸小徑上的描述方式取得了它的重要性。這條路既不採取微粒形態學的策略也無意指涉其功能,各種描述在此並不融合為一。例如在正常的細胞中,藉著電子顯微鏡就能在原位將附著於膜上的與自由的微粒區分開來;然而在試管中使細胞均質化以及將細胞質打開之後,就不再有人能保持上面的那種區分。所有的離心技術所產生的都是一種無法區分自由微粒與連結在膜上的微粒的混合物。對採取體外(invitro)系統工作的研究者來說,這種結果特別令人失望。因為電子顯微鏡鑑別的結果引起了對這兩種形態的顆粒所具有的不同功能更進一步的猜測:研究者猜想,連結在膜上的微粒可能掌控了組織特定的蛋白質生產,而自由微粒則提供一般新陳代謝所需的酵素。

核醣體作為底模

1940至1955年之間,這個小細胞質微粒歷經了一次戲劇性的轉變:它從一個可以沉澱的但是無法以傳統光學顯微鏡觀察的小粒腺體或粒腺體碎粒,變成具有細胞質基因功能的微粒體,接著又成為一個形態發生上的單位,然後再成為一個操作上無法在Desoxycholt和Natriumchlorid中溶解的顆粒狀的細胞質成分,最後成為在電顯下可觀察,半由蛋白質半由RNA組成的核朊微粒,並在拓撲意義上與?鍵結合(Peptidbindung)有關。從Brachet之前關於RNA和蛋白質合成關係的假設所形成的研究方向來看,微粒的RNA成分逐漸獲得注意,1955年左右形成了一個共同的出發點,研究者一般將「模板」(template)或「底模」(Matrize)描述為胺基酸凝聚成多?連結時所附著的基質。

1958年HowardDintzis創造了「核醣體」(Ribosom)這個字來指稱已清洗過的、不含膜碎片的微粒體。這個新詞首先獲得RichardRoberts支持,接下去幾年許多實驗室也相繼接受並出現在相關的文獻中。儘管這個名詞轉換的理由以生物學的角度看來並不是十分明顯,但卻也反映出,或者特別暗示這個新的名詞比之前的那個操作形術語多了一個分子生物學的功能。「核醣體」開始以學科組成部分的身分滲入以生物化學語言定義的蛋白質合成領域;而大約在這個時候FrancisCrick將含有「核醣體」描述的蛋白質合成推舉成分子生物學的「中心法則」(centraldogma)。「中心法則」意指遺傳資訊從DNA傳到RNA,但無法反向從RNA那裡迴流到DNA。核醣體成為基因表現的高階過程中RNA的過度階段的同義語。


核醣體的「二個次級單元體」圖像

若牽涉到物理參數這方面,那這個合成蛋白質的微粒的外表還會再改變。在研究者將它成功地純化並從內質網解放出來之後,核醣體就分裂成兩個部分。經過多次實驗,柏克萊大學WendellStanleys病毒研究室的Fu-ChuanChao和HowardSchachman詳細地記錄著,酵母微粒體在沉澱常數80S時會拆成60S和40S兩個不均勻的部分。兩年以後,MaryPetermann與她的研究群將從肝臟得到的78S核醣體分解為62S與42S一大一小兩部分。與此同時,哈佛的研究員AlfredTissieres和JamesWatson開始以Escherichiacoli(大腸桿菌)的核醣體作為研究的對象,他們沉澱出70S的核醣體並可逆地將之分為50S和30S兩部分。經過多年的分離試驗,蔗糖梯度離心(Sucrosegradienten-Zentrifugation)比較簡單的技術流程逐漸受到重視。它能夠解釋早期關於RNP微粒大小的問題,並指出微粒穩定的秘密在於鎂離子的濃度。這個根據來自各種不同來源的微粒得到的結果一致指引了新的道路:大約70S的細菌粒腺體穩定地小於其他真核生物所得到大約80S的微粒,可是兩者都只能單向地分為兩部分,所以研究者開始將它們視為一個高階結構中所屬的次級單位。


從真核生物到細菌,從生物化學到分子生物學

由以動物細胞為基礎的實驗系統所生產的粒腺體作為穩定模板載體的觀念,到1950年代末期還繼續為人所接受。之所以如此乃拜癌症研究之賜,因為1945到1955年之間大部分有關蛋白質合成研究都棲身於癌症研究的計畫之中。但是這個觀念與底下兩項觀察彼此矛盾,即:不穩定的RNA與細菌蛋白質合成的關聯以及噬菌體的合成。然而對於這個矛盾的發現,從事高等生物細胞研究之中的科學家們沒人知道該怎麼解決。對這些人而言,核醣體代表著「一個穩定的生產設施,本身就已經含有一個DNA的RNA轉錄。」(譯按:transcription轉錄作用指RNA的合成)這個對「物」的觀點含有一種「一個核醣體一個?」的假設,即:一個特定的核醣體或一群特定的微粒總是負責製造某種特定的蛋白質。不過在領導研究蛋白質合成的圈子裡,這個細胞的體外實驗系統特別被視為不可靠。它被認為是無法控制的,因此所得到的實驗結果必須小心面對。

不過當在一系列以體內或體外系統針對細菌的研究中發現了短時間存在的,但是清楚地與核醣體RNA不同,不過明顯地在蛋白質合成扮演重要的角色的RNA時,這種情況很可能突然改觀。很快地它以「信使RNA」(messengerRNA,mRNA)為人所知。這個「信使RNA」分子的假設,是由在巴斯德研究所的FrancoisJacob和JacquesMonad研究E.coli?誘導的遺傳實驗的過程中所提出。哈佛Watson實驗室的FrancoisGros和其他的科學家在他們關於E.coli細胞的RNA基礎代謝研究中便碰到這個分子。1961年在Bethesda國家健康研究所的HeinrichMatthaei以及MarshallNirenberg指出,將人造核酸如聚尿核?酸(polyuridylicacid)加入以E.coli為基質的體外實驗系統會導致產生合成多?(Ploypeptide),如此將握有解開遺傳密碼的鑰匙。這些工作都是伴隨著企圖建立一個可靠的,在試管中以細菌細胞均質體合成蛋白質的實驗系統而來。

這個研究的過程中,核醣體再一次地改變了它的身分。它從一個蛋白質合成時的「模板」突變為一架機器。一架一次讀取各種信使RNA之中編譯的遺傳訊息並將之轉變為多?的機器-如同讀取錄音帶的磁頭。過去被視為底模的、核醣體特有的RNA,現在被視為具有結構支架的功能,它能保證特定?鍵的結合而將巨大的多蛋白?黏聚在一起。在接下去的二十年裡研究者都接受這樣的圖像。(一直到1980年代初期發現核酸也有?的功能之後,研究者才又開始對此有所行動。這個新發現讓他們猜測,核醣體RNA應該不只有結構上的也應該還有功能上的重要性。從那時起便有愈來愈多的跡象指出核糖體在?鍵結合時具有?的功能,這也同時造成了微粒描述的新變化。)

隨著技術上可能將濾過性病毒的信使RNA-特別是合成的信使RNA也能-置入進行蛋白質合成的試管系統中,重要的以分子技術分析核醣體功能的工具就已經準備就緒。對於許多關於所謂起始(initiation)(開始合成蛋白質),延長(elogation)(?鍵連結的重複循環)以及終止(termination)(終止合成蛋白質)的細節,研究者逐漸以想像出來的實驗系統來解釋。這個系統部分是想像,部分則在以E.coli萃取物為基質並使用合成的mRNA聚尿核?酸的體外(invitro)微粒系統中實踐。這些研究與遺傳密碼的解碼工作於同一時期展開。過程中核醣體微粒不只扮演科學「客體」(objects),也扮演了「工具」(Werkzeug)的角色。藉著它的幫忙,研究者才能轉向另一個認識客體,即:遺傳字典(geneticlexicon)。

在研究了核醣體的功能以及建立了信使RNA觀念之後,很自然地就想到將信使-核醣體複合體分離出來。為了發展出完善的分離技術,在1960年代初期形成了競爭運動。很快地,在蔗糖梯度曲線以及電子顯微鏡照片上都可觀察到較大的微粒。在共同的名稱「多體」(polysome)被廣泛接受之前,它們分別被稱為「粒腺體群」(ribosomalcluster)、「活性複合體」(activecomplex)、「動體」(ergosome)或「聚合核醣體」(aggregatedribosome)。「多體」就像珍珠項鍊一般由依次排列的核醣體組成,負責轉譯(translate)特定的信使RNA。為了避免在離心過程中將實驗物弄碎,特別需要輕柔的分離技術。所以之前實驗所獲得穩定的由兩個次級單元體所組成的單體的這個圖像,表明了是個抽象的觀念。因為它所符合的是一個試管中的功能狀態而非具合成活性的細胞的功能狀態。

當核醣體的角色在蛋白質合成的功能網路中確定下來,同時蛋白質合成也在基因表現這個高階過程裡與分子遺傳學中找到了自己的位置之後,它便具有一個附加的認識意義,也就是說它成為研究蛋白質與核酸於分子層次上交互作用的模式客體。藉著其成分的基因位點(loci)的基因圖,一級、二級、三級結構的解釋,空間中的四級的佈置以及利用試管中成分的重構等等,研究者終於獲得分子生物學還原方法最終目標的對象物,即以原子尺度解析的細胞器(organelle)。若要說明這段歷史可能需要特別的章節。它並不只是一些實驗室歷史的敘事,而必須處理在三十年中廣佈於世界的「科學社群」的努力。在科學社群裡的「核醣體學家」(ribosomologist)盡可能使用其所擁有的工具,如中子衝擊、X光、先進的電子顯微鏡和所有定序列技術於他們的微粒;到今天並且還在討論到底他們興趣中的對象物的哪一個分子機制才勝任其主要任務-?鍵的結合。


結論:認識物的歷史

我要再提一下我關於科學客體、實驗系統和模式生物的意見。科學客體,如本文中所描寫的細胞質微粒,不僅同時而且歷時地包含於各個實驗系統中,而這些不同的實驗系統又是由不同的儀器與痕跡生產的手段所區隔,並各以不同的模式生物為基礎。認識物在這些實驗的脈絡中成形,但它的意義會被改變並且持續地經歷這種轉變的過程。這個脈絡有時會使某些科學對象物(Gegenstande)特別突顯或被堅持,當然有時也會過時。如果近一點觀察科學客體移動的實驗網路,看看到底它究竟在哪一條通路上或究竟經由哪一條通路移動,以及因為它的移動所改變的原來通路的現象就可以清楚地知道實驗文化的動態意義了。它讓我們感覺到一種與傳統學科分類的眼光極不相同的建構客體的特殊操作方式。在這個所描寫的概括歷史裡,細胞質微粒既不單獨屬於腫瘤學也不屬於病毒學,既不屬於細胞學也不屬於生化學,既不屬於微生物學也不屬於分子生物學-它的研究軌跡橫越,同時滲透所有的領域。科學客體是「邊界物」(Grenzdinge)。它定義了一個空間,一個在學科之間相互協調整合之下拓展以及各學院機構的參與下構成的空間。也就是實驗室文化與其設備、實驗系統以及模式生物的空間。我們才開始測定這個空間。從一個關於觀念、科學家、學科或機構的歷史到一個認識物的歷史可能還有很遠的路要走。但是如果實驗獲得知識的過程顯示為一個產生現代科學論述有力的潮流,那就值得試著以前述的觀點來考察此觀點所賦予對象物的「客觀性」。最後我要在回到MichaelPolanyi-他對科學本質研究的貢獻還一直未獲得適當的評價-Polanyi說:「一個(認識)物在未來以出乎意外的方式顯示的能力,我將之歸因於被觀察物只是真實性的一個面向這個事實,並且帶有一種不會被任何面向侷限住的意義。相信一個我們認識的物是真的,表示擁有一種獨立但是足夠強大的感覺,在未來能以一種並非夢想不到的方式顯示出來。」

新事物是時空中獨特物的成果。實驗系統正是那個提供認識獨特物發生的組織設施。認識物的科學真實性(Wissenschaftswirklichkeit)就是那個促使那些無法預知的成果實現的能力。對實驗系統連同在其中產生與消逝的科學客體的考察研究應該能讓我們認識到,這樣的系統是「產生未來的機器裝置」(Maschinerie[n]zurHerstellungvonZukunft)。這個觀點又再一次可以藉著JacquesDerrida的話來說,就是一個尚待描述其「差異類型學」(differentielleTypologie)的「迭代型式」(iterationsform)(校註:Iteration指逐步逼近)的例證。

2 基因碎粒 -參考資料

http://sts.nthu.edu.tw/tsts/trans/articles/hans.htm

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