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生命之舞:頂尖發育生物學家論對稱性、細胞,以及單一細胞如何變成一個人
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2024愛閱節/城邦-科普TOP 100
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內容簡介

人類生殖和胚胎研究的前瞻檢驗,她的研究對胚胎學和發育生物學影響深遠 2023年小川-山中幹細胞獎得主力作 人類在成人時期大約擁有幾十兆個細胞,每個細胞的直徑約為0.01公釐。如果每個細胞都像人這麼大,那麼一個成人的身體從頭到腳量起來就會有幾百公里那麼高。從受精卵這個可以說是最重要的單一細胞的角度來看,促成這個龐大且錯綜複雜細胞群的編舞實為驚人。所有這些不具思考能力的細胞是如何協調行動以創造出具有知覺的人類呢? 長期以來,科學家們一直在努力讓懷孕更容易、更安全、更成功。在《生命之舞》中,發育和幹細胞生物學家瑪格達萊娜.澤尼克-格茨將我們帶到了理解人類生命創造的前線。她花了 20 年時間解開發育的奧秘,從一顆簡單的受精卵變成一個擁有 40 兆個細胞的複雜人類。 澤尼克-格茨的研究工作既實用又驚人:她對小鼠、人類和人造胚胎模型的開創性實驗為更多女性如何維持懷孕帶來了希望。《生命之舞》處理科學最強大的力量和人類最關心問題的交點,對未來生育能力和生命本身的描繪極具啟發性。 【好評推薦】(依姓氏筆畫序) 國立臺灣大學生命科學系教授 丁照棣 央廣〈名偵探科普男〉節目主持人 冬陽 國立清華大學生命科學院分子與細胞生物研究所副教授 黃貞祥 國立臺灣大學通識教育組兼任副教授 曹順成 中央研究院細胞與個體生物學研究所研究員 蘇怡璇 【各界好評】 《生命之舞》是一個科學家自述的研究歷程,難能可貴的是她時時以簡單的比喻解釋複雜的胚胎發育現象或機制,發育並不是一個容易解釋的生命現象,作者深入淺出的手法值得致敬。──國立臺灣大學生命科學系教授 丁照棣 《生命之舞》是當今活躍於發育生物學第一線、頂尖研究者瑪格達萊娜.澤尼克-格茨的科學回憶錄,她從年輕至今的探索歷程就是對非專業人士的最好引導……──央廣〈名偵探科普男〉節目主持人 冬陽 閱讀《生命之舞》一書時,每一個章節都觸動我在研究路上的點點滴滴。我和作者最大的共同點就是「日常生活研究、研究日常生活」。我們只要多花一點心思觀察生活周遭,便能啟動靈感,處處是科學。──國立臺灣大學通識教育組兼任副教授 曹順成 《生命之舞》以淺顯易懂的語言解釋了人類從一個單細胞發展到一個完整生物體的過程,並為我們展示了這一過程中的科學奧秘。 澤尼克-格茨是一位優異的發育生物學家,也是一位母親,在書中融合了自己的科學研究經歷和私人生活包括婚姻和育兒經驗,讓本書既具有科學深度,又充滿了人文情感。──國立清華大學分子與細胞生物研究所副教授 黃貞祥 藉由《生命之舞》,讀者得以透過她(澤尼克-格茨)的視角,一起理解研究人類胚胎發育的挑戰與成果。科技持續進展,科學家的故事也仍在進行中。閱讀此書可讓幾十兆個細胞建構出的你,窺見自己生命源起的神秘過程。──中央研究院細胞與個體生物學研究所研究員 蘇怡璇 「這本關於人類發育、科學、生命、愛與母性的卓越著作,不但感人且極具見解。輕鬆寫意地交織融合了振奮人心的科學與感人的個人故事。」──英國皇家生物學會院士 愛麗絲.羅伯茨教授(Professor Alice Roberts) 「這是瑪格達萊娜.澤尼克-格茨發自內心所撰寫的一本回憶錄。它美好地重現了在追求科學真理過程中因勝敗得失所帶來的起起伏伏。這個引人入勝的故事,充滿了這位有天賦的女性科學家在斟酌個人抱負與科學志向之界線所面臨的挑戰,而她對此也駕馭良好。」──哥倫比亞大學遺傳學與發育學退休名譽教授 維吉尼亞.帕帕約安努(Virginia E. Papaioannou) 「性交後產生的那個不起眼的小點是如何變成一個漂亮的孩子,這長期以來都是人們極感興趣的問題。海菲爾德與澤尼克-格茨以充滿科學見解、人性情感與深層反思的愉悅文句,來闡明這個顯而易見的奇蹟。」──科斯達傳記獎(Costa Prize)得主(得獎作品《最奇怪的人》[The Strangest Man])及史蒂芬.霍金官方傳記作者 葛拉漢.法梅洛(Graham Farmelo) 「本書是對於科學人生的一份詳實且觸動人心的描繪。書中文句精采,並提醒我們科學家也是人,他們的人性對自身研究的方方面面皆有影響。」──暢銷書《劣種》(Inferior)與《高級人種》(Superior)作者 安琪拉.賽尼(Angela Saini) 「在所有生物科學中,發育生物學可能是最複雜的一門,然而瑪格達萊娜.澤尼克-格茨在本書中竟能讓它變得淺顯易懂。這位出色的研究者在這個領域中的發現,確確實實改寫了教科書的內容,對於人類如何從兩個細胞的結合中成形,她提供了豐富且詳實的研究。在男性主導的胚胎學與發育生物學領域中,身為女性的澤尼克-格茨從容地引領著讀者循著她的心路歷程,去了解細胞在建構人類胚胎時所舞動的極複雜生命之舞。」──《有教養的父母》(The Informed Parent)共同作者 艾蜜莉.威靈漢(Emily Willingham) 「一個受精卵如何知道要以什麼樣方式發育成幾十兆個不同的細胞,再形成一個人呢?本書帶給讀者的不只是答案,它還是一本極佳的故事書。讓澤尼克-格茨透過海菲爾德的筆觸帶領著我們進入她的人生,一場交織了個人在前瞻研究發現上的愉悅旅程以及二十一世紀生物學活躍領域的科學人生。」──獲頒大英帝國官佐勳章且屢獲科學傳播獎項的電視廣播主持人 吉姆.艾爾-卡利里教授(Professor Jim Al-Khalili) 「單一細胞如何成長為一個完整的人,一直以來都是生命的極大奧秘之一。本書良好闡述了這個驚人且複雜的過程,並且融入了澤尼克-格茨的專業研究觀點與引人入勝的清楚描述,這也是海菲爾德科學著作向來的品質保證。」──諾貝爾化學獎得主、皇家學會會長 文卡.拉馬克里希南(Venki Ramakrishnan) 「《生命之舞》一書中有部分內容是回憶錄,還有部分談到作者在了解生命創造上的使命。其對於『細胞分裂以孕育出人類生命』這個最偉大的微觀科學奧秘之一,進行了公正且引人入勝的努力探索。」──BBC廣播主持人 薩米拉.艾哈邁德(Samira Ahmed) 「少有書籍能像本書一樣掌握住快速發展科學中的這樣一個複雜領域,並將其轉變成為一篇動人的故事。能以如此貼近個人生活的角度來描述科學發現實屬難得。」──BBC廣播主持人 伊凡.戴維斯(Evan Davis) 「相當富有啟發性……澤尼克-格茨與海菲爾德詳實且專業的回憶錄,深深打動了讀者。」──《出版者周刊》(Publishers Weekly) 「一場貫穿胚胎研究學者世界的深度之旅……這個故事充滿回憶氛圍,特別是當澤尼克-格茨提到她的人生插曲時。但她從未偏離科學這個主題……內容豐富且耐人尋味。」──《克科斯書評》(Kirkus)

目錄

好評推薦 〈審定序〉發育生物學家的日常生活研究 曹順成 〈導讀〉交織人生悲喜和胚胎可塑性研究的科學傳記 丁照棣 〈推薦專文〉由單細胞受精卵開始的奧妙生命之舞  蘇怡璇 〈推薦專文〉一顆胚胎發育成人之旅 黃貞祥 〈推薦專文〉一支於你我生命中盡情跳躍的豐盈之舞 冬陽 前言:源起 我的科學/創造的邊緣 第1章 白袍 我的檢測 第2章 機會與命運 機會與命運/可塑性/牛津大學的複製研究/人類不一樣嗎?/細胞上色 第3章 細胞上色 極體/困難的選擇/著床後的首次嘗試/胚胎藝術 第4章 打破對稱性    受精/巨大的卵子與微小的精子/哪個時間點算是個體真正誕生的時刻/對稱藝術/生命的數學/廚房的胚胎學/首次對早期胚胎進行上色/鰻魚、青蛙與人類/男性導師/改變的源頭 第5章 身體計畫的誕生    英雄小鼠/金字塔嵌合體/眼見為憑/這個機制是什麼?/單一細胞的故事/如何產生雙胞胎?/複製 第6章 打開黑盒子    尋找胚胎/著床當下的胚胎/自我建構的人類胚胎/細胞、潛能與結構/人類胚胎在體外發育的時間可以有多長? 第7章 人類胚胎應該供研究使用嗎?    體外發育的人類胚胎/對體外受精(試管嬰兒)進行規範/我們應該要重提14天限制的這項議題嗎?/絕非滑坡效應 第8章 賽門 三染色體症/鑲嵌型與嵌合體/發表論文從來就不簡單/從事科學研究/賽門 第9章 尋找合成胚胎    類胚胎體/如何建構胚胎?/我們熱衷的研究計畫/胚胎的數目/在澳洲的冒險/第一個ETS胚胎/胚外內胚層幹細胞(XEN)的藝術/截至目前為止/幹細胞胚胎模型的倫理 第10章 創造生物學的新時代    創造生物學/再生醫學/首批胚胎幹細胞/受到控管的分化/內行人的觀點/在培養皿中模擬疾病進程/修復受損細胞/生殖學的未來:著床前測試/「設計嬰兒」/胚胎編輯/粒線體置換療法/使用CRISPR技術進行基因組編輯/另一半的創新/改善試管嬰兒技術/染色體異常/更好的產前檢查/平衡生殖科學 第11章 生命之舞 賽跑/平衡與多元/向前邁進 致謝

內文試閱

  第一章 白袍      我接到電話時,正站在自己位於劍橋大學辦公室的書桌前,看著唐寧學院(Downing College)的花園。當我受困於看似無法解決的問題時,我就會望向對街的唐寧學院,那裡有廣闊開放的草地與樹林,松鼠在枝頭間跳躍,還有騎著自行車趕下一堂課的學生會從我窗戶下方經過。這樣沉澱一兩分鐘,可以讓我的思緒變得更為清晰,有時還會想出解決辦法。此時正是春夏轉換之際,樹葉與穿透葉間的陽光以綠色與金色綴滿了整棵樹。我穿著無袖的棉製印度白袍,這是一件我從學生時代就有的衣服。我對此印象鮮明,因為當我穿著這件衣服時,沒有人會注意到我懷孕了。我那時也還不想讓別人知道。      電話中的聲音語帶關心。她問我是不是單獨一個人,並請我坐下來。      她解釋說,我的妊娠檢測顯示採樣的細胞中有四分之一出現基因異常。醫生發現2 號染色體,也就是人體細胞中第二大的DNA群,出現了三條而不是正常的兩條。雖然這個檢測採樣的是我胎盤中的細胞,但也代表我的胎兒可能出現異常。電話那頭的聲音表示,我必須回到醫院討論接下來該怎麼做。      我那時並未料想到我的人生與工作將會綁在一起。這段經歷對我的個人與專業生涯皆造成影響。它將改變我的研究方向,引導我接續好幾年所進行的實驗。就連我在寫下這段文字的當下,我團隊正進行的研究也有一部分受到這天衝擊的影響。      在接到電話那時,我已經研究過許多跟正在我體內發育一樣的胚胎,我對它們瞭若指掌。身為科學家,我花費了數十年的時間試著去了解生命的開始與本質,以及生命出現問題時會發生的情況。      我對於個別胚胎細胞從誕生那一刻起的旅程一直深感興趣,想要去了解它們的行為,從它們個別的行為方式到它們互助合作的方式,還有最重要的是,它們的最終命運是怎麼決定的。我還想要找出它們行為與命運的基礎,甚至是從細微的分子差異開始進行。這份差異就是所謂的偏好,其會促進細胞建立或改變發育的方向。      我在成長過程中,對心智如何運作、心智的決策能力與學習能力的可塑性感到興趣。所以我原本打算要攻讀醫學或心理學。但今日,我則是從發育與幹細胞生物學家的角度來看待決策與可塑性。從胚胎到成人的這條漫長路程上,細胞如何進行決策?細胞沒有心智,但它們卻可以做出選擇,而且常常是複雜的選擇,這些選擇不是永遠不變的,有些還可以反轉。      即使我對於胚胎學的許多細節都很熟悉,我接到那通電話所受的衝擊跟任何準媽媽一樣,那是件讓人無法輕易面對的消息,真的難以面對。不過……我還是抱持著希望,因為我知道胚胎擁有驚人的可塑性,讓它們可以在發育中因應環境,就像我們會因應與適應環境的變化一樣。我在自己的科學生涯中研究這份可塑性,但現在這份可塑性也意外地與我私人事務有所牽連。      我的檢測      接到電話的那一天,跟我在實驗室的平常日子沒什麼兩樣,也是忙碌於許多同時進行的研究計畫。不過從那天起,檢測結果一直縈繞在我心頭,因為我在想這確切代表什麼意思。      我在這裡要特別強調,醫師都會提供諮詢,解釋他們對於檢測結果所做的解讀都有不確定性。身為研究胚胎多年的發育生物學家,我可以評估出造成這個基因異常的幾個不同途徑。無論我自己是否有意識到,我都嘗試著要詳細列出我腹中胎兒的發育情況,以更為了解檢測結果,也幫助我保持心態平衡。在一開始胚胎具有少量且能快速分裂的細胞那時,胚胎是很有彈性的。舉例來說,我們若移除其中一個細胞,剩下的細胞通常還是會繼續成長,發育成一個完整的個體。當我首次來到劍橋進行博士後研究時,我所進行的就是小鼠胚胎的實驗。我想要揭開這份可塑性的限制以及它的運作方式。由於所有哺乳類在生命早期的發育過程都相當類似,所以我們通常預期同樣的結果也適用在人類胚胎上。      胎兒與胚盤起初是一體的,和生命初期時一樣,最初的細胞可以成長為胎兒本身或是支撐胎兒發育的組織。隨著胚胎成長為一球細胞群,只有球體內部的一小群細胞會持續形成胚胎本體,再長成胎兒。在此同時,外層細胞會持續深入子宮壁,形成胎盤。      檢測所採樣的細胞來自胎盤,胎盤將我與未出生的胎兒連結在一起,所以這個異常有可能只出現在胎盤細胞中,並且是在這些細胞與將變成胎兒的那些細胞分離之後才產生的。這會是最讓人開心的結果,因為這代表我的孩子有極高機率會是正常的。當然,我當時並不能確定。      另一方面,異常有可能發生在細胞分離形成胎盤與胎兒之前,在這樣的情況下,胎兒就有異常的風險了。我當時認為第二種可能性的機率似乎比較大:檢測顯示許多胎盤細胞都出現同樣的異常,這似乎表示在發育的極早期可能就已經出了差錯。情況並不樂觀。      不過……我一直認為情況不是那麼絕望。異常必定發生在發育的過程當中,而不是在未受精的卵子中。我會這樣推論是因為許多細胞都擁有正常的染色體數目。發生在卵子形成時的異常,會讓胚胎中的所有細胞都具有異常的染色體數目。這很嚴重,會造成早期流產。      不過這裡還有一個因素要考慮。我從許多同事與自己實驗室的研究得知,小鼠胚胎具有在創傷後重新調整的能力,人類胚胎應該也是這樣。實際上,是我們塑造出了自己。我們會自我引導自身的發育。當我想到我腹中胚胎的命運時,我希望即使這個異常來自發育的非常早期,它還是能夠自我導正,去終結或消滅這些基因異常的細胞。這很驚人,但胚胎發育本來就很驚人。這就是我的研究出現新方向的那一天。我決定在實驗室中驗證我的想法。      後續的重點是有關胚胎生命、我個人生活與工作在這方面的故事,這些都是由我的想法、質疑與選擇所架構而出。這故事關乎我對自身胎兒與許多顯然「不完美」人類胚胎的命運,也關乎其他面對同樣困境的父母如何驅動我去研究這個有關胚胎發育的特殊謎團,雖然在這一路上總是有其他的問題需要處理與解決。      這個故事有關於我的決定,也有關於我為了更深入了解某些事件所進行的研究,這些事件開啟了一個承受這些選擇的生命。這個故事描述了我為自身科學發聲的歷程,以及我深入探討生命如何開始與演化的方式。這個故事也有關於強烈情緒的處理,不只是我的情緒,還有我親近之人的感受。      在我的研究生涯中,我周遭圍繞著許多才華洋溢的人們,我也很重視他們的科學知識。但當我在劍橋建立我的胚胎與幹細胞研究團隊時,我同樣看重的是去創造一個環境,讓這些生物學家可以擁有強大的共同價值觀與友誼、解決問題的熱情與奉獻,以及享受日常簡單事物的能力。      我們的數個研究結果挑戰了當時盛行的教條,那時認為打破哺乳類胚胎對稱性的根源發生在發育相對晚期。我不是太勇敢就是太莽撞,因為我當時還是堅持繼續追尋這些不受青睞的發現與概念。但跟其他所有人一樣,我對此並不是沒有懷疑。在我的科學與個人生涯中,我在各方面所面對的失敗多過成功。這讓我陷入艱難處境,但也開啟了通往意外發現的道路。      新穎的想法會成為事業與聲譽的基礎。但是去對抗現有思維一向不會太順利,而且由女性來進行這項挑戰可能又難上加難。我相信科學的進展取決於創新,以及質疑公認知識的大無畏態度與先見之明,但你要有證據可以證明這項公認知識是錯誤的,而且你對此不只要經過深思熟慮,也要以謙卑的態度來面對。若有更多女性投入,那麼這就會蓬勃發展了。      我的故事就是一個不放棄自我夢想與發現的例子,哪怕這些未必見容於當下,我緊緊抓住希望,也享受著追求深入了解的過程。雖然我的研究團隊與全球數百位生物學家都很盡心努力,但我們若想要了解人類生命的完整故事,就還有許多的謎團等待我們去解答。      不過在新興科技、精巧的實驗設計、才華洋溢的同儕與同事(無論男女)以及優秀學生(他們認真看待科學,也從中找到樂趣)的協助下,我們至少可以勾勒出生命之舞的基礎。我將揭露的生命之舞既錯綜複雜又出人意表,但它確實也非常壯觀。

延伸內容

〈審定序〉發育生物學家的日常生活研究
◎文/國立臺灣大學通識教育組兼任副教授 曹順成      生命現象和生物多樣性一直以來都是生物學中最奧妙的兩個問題。生物都是從一個受精卵開始分化,經過一系列非常細微、複雜的變化,最後發育成為有代謝、會生長、能運動、可感應和具有生殖能力的一個完整的新個體。再經過三十多億年的演化之後,形成現在我們所看到的地球上各式各樣的生物。地球上為什麼有這麼多種的生物?同一個生物體為什麼有不同的器官?這些器官是何時、如何產生的?各種器官形成的時間有早有晚,通過器官發生階段,各種器官經過形態發生和組織分化,逐漸獲得了特定的形態並執行一定的生理功能。科學家對生命的好奇已經有非常長久的歷史,早期對多細胞生物的發育歷程大多是研究各種容易觀察的蛋(胚胎),所以長久以來的教科書和課程都稱為「胚胎學」,胚胎發育的觀察與研究讓我們了解生物從受精卵到多細胞成體的過程。傳統的胚胎學研究始於17世紀,著重在描述、探討如何正確形成個體和完整型態的各個步驟,當時認為胚胎的各部分是一開始就存在的。      現代發育生物學的濫觴可以從和遺傳學的結合談起,1970年代中期二位年輕的科學家將遺傳分析和胚胎發育研究結合,他們篩選造成果蠅發胎發育問題的突變,並且有系統地分析基因之間的關聯性,這一系列的研究結果不但讓我們了解果蠅的早期胚胎發育的分子機制,也結合分子生物學的方法讓科學家有機會了解早期胚胎發育的分子機制。更令大家吃驚的是,分子機制在演化上的保守性,許多果蠅中發現的胚胎發育相關的基因,在你我的細胞裡也有同源基因,這些同源基因在我們的胚胎發育過程中也扮演著相似的角色,例如:Hox 基因決定身體沿著體軸各部位的構造。不意外的是,果蠅胚胎發育的遺傳分析讓二位科學家—克里斯汀.紐斯林-沃爾哈德(Christiane Nüsslein-Volhard)和艾瑞克.威斯喬斯(Eric F. Wieschaus)獲得1995年諾貝爾生理醫學獎,同一年獲獎的科學家還有艾德華.路易斯(Edward B. Lewis),他研究雙胸果蠅的遺傳機制,奠定了我們對節肢動物體節特化的認識。這些20世紀後期的遺傳學家與分子生物學家開啟了發育生物學全新的面貌,也將傳統胚胎學課程轉型為發育生物學。      近年來隨著胚胎幹細胞的研究和再生醫學時代的來臨,讓發育生物學這一門研究生物體生長和發育過程、著重於分子和細胞生物學的科學越來越受到重視。細胞自我更新(Self-renewal)也是發育生物學中非常重要的研究領域,因為幹細胞是未充分分化的細胞,且有潛力能分化成幾乎所有細胞類型的未特化細胞。由於這種特殊性質以及近代幹細胞研究相關技術的成熟,讓許多來自不同領域的科學家們紛紛加入研究的行列。無論是在幹細胞的基礎研究上、還是針對基因調控與幹細胞分化機制的研究、用來治療遺傳性疾病和癌症;或是將幹細胞培育成組織及器官應用在對抗衰老與延長壽命上,都讓我們燃起一線希望。      我的研究背景其實是分類學與演化生物學,從大學開始以昆蟲為研究主題已經超過40 個年頭,回首碩士研究期間因為楊仲圖老師發現了罕見的飛蝨若蟲,請我馬上訂機票飛澎湖進行野外工作,好像還是昨天的事。昆蟲多樣性與昆蟲發育也是我在研究過程中一直遇見的課題,現在在教學的現場,我也常和學生們分享昆蟲世界的多樣性和他們在研究上的貢獻,昆蟲的發育也是我經常採用的教材。      我雖然沒有懷孕生子的經驗,但是和內子一起陪伴三個孩子的成長,對作者的經驗談也心有戚戚焉,閱讀《生命之舞》一書時,每一個章節都觸動我在研究路上的點點滴滴。我和作者最大的共同點就是「日常生活研究、研究日常生活」。我們只要多花一點心思觀察生活周遭,便能啟動靈感,處處是科學。我們未必有作者的學識來對生命現象做細膩的觀察和適當的註解。但是大千世界裡的形形色色、生物的多樣是大自然賜給我們的最佳感官體驗,讓我們一起好好珍惜吧。   
〈導讀〉交織人生悲喜和胚胎可塑性研究的科學傳記
◎文/國立臺灣大學生命科學系教授 丁照棣      《生命之舞》以第一人稱敘述瑪格達萊納・澤尼克-格茨在胚胎研究的歷程,書的第一章以接到一通產前檢查的電話揭開序幕,當作者得知「……四分之一的細胞出現異常,醫生發現第二號染色體有三條……」,身為胚胎研究的科學家的她在那一瞬間和所有得知胎兒異常的父母一樣震驚,但是同一時間她也以專業的胚胎學者思考「胚胎有驚人的可塑性……」,這個震撼為整本書的呈現埋下了伏筆,在不知道這個電話最後的結果下,二位作者以接下來的篇章描繪澤尼克-格茨如何以小鼠胚胎研究發育最早期的細胞命運。      第二章快速地描述了澤尼克-格茨在出生地波蘭的成長與開始接觸小鼠早期胚胎發育的機會,這個章節主要是呈現主角的從幼年到進入研究領域,但是主軸是可塑性,以成長經歷談可塑性,對讀者能引起更大的共鳴。澤尼克-格茨在得到索羅斯獎學金的資助後,進入牛津大學進行雜交胚胎的研究工作,雖然只有一年的時間,這段時間的研究經歷,對她的研究生涯的影響深遠,她持續有機會和巴黎的學者交流,無論是學術研究或是生活,澤尼克-格茨已經慢慢脫離華沙的束縛。她在研究上第一次發現胚胎在一開始細胞就有不同的傾向是一個全新的看法,而實驗的結果一直推動她持續的以新的技術或儀器見證細胞如何打破對稱性、極性。她也因為追求真理的驅動,申請EMBO獎助到劍橋進行綠色螢光蛋白標定的工作。第三章作者以簡潔的筆觸描述螢光蛋白的發現與應用,在日以繼夜、同時執行二個研究計畫的時光中,澤尼克-格茨成功地發表綠螢光蛋白標定小鼠早期胚胎的工作,但是她對胚胎最初二個細胞與四個細胞時期就已經呈現些許不同的結果還需要更多的實驗證據。      第四章詳細地闡述了澤尼克-格茨和卡羅琳娜利用帶有綠螢光蛋白的小珠標定精子進入卵子的位置,他們不斷重複觀察受精後第一次分裂的過程,並且以大量的數據呈現二個細胞時期的胚胎已經具有不對稱性,然而重要的發現卻引來更大的質疑,因為長久以來大家都深信小鼠早期胚胎的數個細胞時期具有完全相同命運。實驗更多的進展是在方法學上的改變,從綠色螢光小珠到以油性染劑標定細胞膜,他們再次驗證二個細胞中一個細胞偏好成為胚胎本體,另一個細胞則偏好成為胚胎外的支持結構。一般人可能認為科學研究是嘗試說服他人的一個過程,但是其實最重要的是說服自己,在說服自己研究團隊之後還需要說服論文審查者和編輯,當然這些研究成果還要能經得起其他學者直接或間接的驗證。      第五章以古希臘神話中的嵌合體揭開序幕,作者先介紹了各種胚胎嵌合體研究的先驅,引導出以四個細胞時期嵌合胚胎實驗設計,作者以切割足球作為比喻,描述受精後第一次分裂和第二次分裂的現象,並進一步描述如何在早期的細胞標定進行觀察和不對成性所造成的結果,當然人工的觀察耗時又無法精確的呈現,研究團隊需要以攝影紀錄來呈現早期胚胎的樣貌與追蹤細胞的譜系。研究的進展也讓澤尼克-格茨開始基因活化在早期胚胎的重要性,以降低或增加單一基因在細胞的濃度觀察細胞的命運。由於精細實驗的設計與大量的觀察,再加上其他研究團隊也有相同的結果,胚胎早期細胞具有不同的偏好,胚胎在第一次分裂就產生二個不同命運的細胞已經可以被大家慢慢接受了。      第六章研究成果一再的推進新的研究計畫,澤尼克-格茨開始尋找體外胚胎著床的環境,這個實驗條件讓他們可以記錄並觀察著床後的胚胎變化,並且從小鼠胚胎進展到任意的胚胎,團隊成功的在體外培養人的胚胎到第十二天,這是在體外培養人類胚胎的新紀錄,但是也衝擊培養不能超過14天的規範。因為同時觀察小鼠和人的胚胎,他們也發現小鼠和人的胚胎在發育過程中有相同之處,也有許多不同,越來越多的新發現讓團隊將重心放在人的胚胎發育上。第七章就延續著人類胚胎研究的規範議題延伸,澤尼克-格茨明確地提出可以延長到21天,讓我們對胚胎的早期發育更清楚。      第八章作者筆鋒一轉回到第一章的電話訊息,澤尼克-格茨在知道胎兒有部分細胞染色體異常之後,除了依照醫師的安排又做了一次羊膜穿刺的採樣,這次細胞都是正常的,當然當他的兒子出生後也是個健康的寶寶。但是這個染色體異常的插曲,讓澤尼克-格茨開啟了另一個鑲嵌體胚胎的研究,這個研究的假說建築在當胚胎中有染色體數目異常的細胞時,這些細胞會被清除。要研究這個主題,他們首先要穩定的產生染色體數目異常的細胞,再將這些細胞標定放入正常的胚胎中建立嵌合體,然後觀察這些細胞的變化。結果非常令人雀躍,如同假說預測,在胚胎發育的過程中,染色體異常的細胞數目下降,逐漸被清除。      第九章由於人類胚胎研究的限制,合成胚胎是成為一個替代的方案,當然合成胚胎的成功是建築在幹細胞的研究之上,研究團隊將二種細胞混合培養,讓細胞自由結合成為合成胚胎,之後又進一步用三種細胞製成合成胚胎,這三種細胞分別發育為三個胚層。這個合成胚胎的研究是胚胎研究上的新里程碑,這意味著科學家可以用合成胚胎取代有道德爭議的人類胚胎進行各項精細的研究。第十章持續合成這個主題,從誘導幹細胞到再生醫學,再加上基因編輯技術的應用,作者用實際的科學證據與臨床實例說明合成生物學在我們的未來將扮演重要的角色。第十一章作為終曲,作者回到自身為女性、一位母親和一個對胚胎研究有狂熱的科學家,澤尼克-格茨反思她的時間分配與她的選擇,因為身為女性,更會注意在我們身邊存在的偏見。本書的末章卻是澤尼克-格茨的另一個起點。有更多關於胚胎的新發現將在新大陸展開。      閱讀《生命之舞》我一路感同身受,同樣是女性、妻子、母親、和喜歡實驗工作的我,在忙碌的研究工作中除了研究夥伴的鼓勵之外,家庭一直是我最佳的後盾,從父母、弟妹、夫婿到我的小孩們,沒有他們的支持我應該很難一直很順利的在學校學習、教書、做研究。《生命之舞》是一個科學家自述的研究歷程,難能可貴的是她時時以簡單的比喻解釋複雜的胚胎發育現象或機制,發育並不是一個容易解釋的生命現象,作者深入淺出的手法值得致敬。另外,在每一章節中作者都引用科學文獻的證據,可以引導讀者進入閱讀科學文獻,對胚胎發育有興趣的讀者應該會有入寶山不能空手回的讚嘆。   
〈推薦專文〉由單細胞受精卵開始的奧妙生命之舞
◎文/中央研究院細胞與個體生物學研究所研究員 蘇怡璇      拾起這本書的你,以皮膚細胞接觸了紙張,神經細胞傳遞了書本的觸感,肌肉與骨骼的協調讓你翻開了書頁,視網膜的感光細胞接收到了印在書本上的文字,大腦中神經細胞的相互溝通讓你理解文字的意義。一個簡單的動作,仰賴著我們身體眾多細胞的通力合作。這個由幾十兆個細胞構成的複雜身體,源自於一個看起來簡單,卻又令人難以完全理解的受精卵。      《生命之舞》由國際知名的發育生物學家瑪格達萊娜.澤尼克-格茨與科學作家羅傑.海菲爾德所共同撰寫。在此書中,澤尼克-格茨描述了自己從共產波蘭成長蛻變成世界知名女科學家的人生歷程,這個歷程宛如胚胎由單細胞受精卵發育成多細胞個體的過程 — 有命定之處,也有極高的可塑性。在胚胎發育的過程中,受精卵必須先分裂成多個細胞,眾多的細胞持續分裂成更多的細胞,並在胚胎著床後經由細胞的移動和分裂形塑出胚胎的新樣貌。在這個早期發育的過程中,胚胎細胞有如千變萬化的舞者,隨著音樂舞出編舞家精心安排的生命之舞。兩位作者也帶領讀者進入科學家的實驗室,領略科學家所面對的難題、解決問題的勇氣、以及突破人類知識界線的喜悅。      在第一位試管嬰兒於1978年出生之後,國際上對體外培養的人類胚胎設下了十四天的限制。基於人類胚胎在七天左右著床於子宮,培養出不需母體的體外胚胎是極大的挑戰。2016 年澤尼克-格茨和其他科學家成功的培養出接近十四天大的人類胚胎,這個非凡的成就未來將能使我們對人類胚胎著床後的發育和流產的問題有更深的了解。然而,這個劃時代的研究也促使各界正視十四天規範鬆綁的可能性及後續衍伸的倫理問題。除了人類胚胎體外培養技術的重大突破,近年來澤尼克-格茨和其他科學家也利用人類胚胎幹細胞組合成類似胚胎結構的「類胚胎」,以避免使用人類胚胎從事研究。利用培養的幹細胞,科學家能大量的製作出類胚胎,並且不受十四天規範的限制,以供了解真胚胎可能的發育過程。類胚胎的研究發展一日千里,在2023 年6 月,澤尼克-格茨的團隊和耶魯大學的一個研究團隊,成功的培養出近似著床後人類胚胎的類胚胎。這個突破性的研究再次引發學術界深刻討論胚胎的定義與類胚胎研究的規範。      身為一位女科學家,澤尼克-格茨極具前瞻性的研究引發了不少的議論。儘管如此,藉由《生命之舞》,讀者得以透過她的視角,一起理解人類胚胎發育的神秘過程。科技持續進展,科學家的故事也仍在進行中。閱讀此書可讓幾十兆個細胞建構出的你,窺見自己生命源起的神秘過程。   
〈推薦專文〉一顆胚胎發育成人之旅
◎文/國立清華大學生命科學院分子與細胞生物研究所副教授 黃貞祥      一個新生兒,可能有超過兩千億顆細胞,到了成年人,可能會有超過40兆顆細胞。這些細胞組成了各種組織,再組成內臟器官,形成各大器官系統,讓我們身而為人。      我們目前對於人體器官,還有大量的未知有待探索,但無論它們有多複雜,很肯定的是,它們都源自一顆受精卵透過細胞分裂分化和發育而成的一個完整胚胎。這個發育的過程,我們目前所知有限。想到一顆受精卵能精準地分裂並調控子細胞的基因表現而發育成各種組織和器官,我經常都不禁有些小激動。      這本發育生物學家瑪格達萊娜.澤尼克-格茨(Magdalena Zernicka-Goetz)與科學作家羅傑.海菲爾德(Roger Highfield)所著的好書《生命之舞:頂尖發育生物學家論對稱性、細胞,以及單一細胞如何變成一個人》中,以淺顯易懂的語言解釋了人類從一個單細胞發展到一個完整生物體的過程,並為我們展示了這一過程中的科學奧秘。      澤尼克-格茨是一位優異的發育生物學家,也是一位母親,在書中融合了自己的科學研究經歷和私人生活包括婚姻和育兒經驗,讓本書既具有科學深度,又充滿了人文情感。她原籍波蘭,在華沙大學獲得碩士和博士學位,並在英國牛津大學訪問了一年。她從資源落後許多的祖國,到人才濟濟的英國做研究,求學心路歷程中的矛盾、焦慮和掙扎,在書中表露無遺。      澤尼克-格茨現在同時是英國劍橋大學和美國加州理工學院的教授,在兩所頂尖大學有各自的研究團隊。她的研究讓我們能夠深入理解人類發育的基本機制,揭示了早期胚胎發育的關鍵步驟和決定因素,例如囊胚形成過程中細胞命運的關鍵決定因素,並成功地在實驗室內用人類幹細胞創建了一種類似於早期人類胚胎的結構,在發育生物學、幹細胞科學和再生醫學領域有著深遠的影響。她全心投入研究工作中,早期一些新發現因為太顛覆了,被學界大佬強力質疑,她不懈地追求更高品質的研究資料,轉移了哺乳動物早期發育的典範。每當她寫到那些重大突破時,她的興奮和熱情,都躍然紙上。      人類胚胎的研究也涉及了許多關於生物倫理和社會影響的問題,因此澤尼克-格茨的研究,特別是有關人類胚胎模型的工作,也引起了關於科學、倫理和法律的重要討論。她的工作挑戰了我們對人類生命、人權和科學責任的理解,並激發了對這些問題深入思考和社會對話的需要,這也是這本書值得所有生物醫學研究人員一讀之處!   
〈推薦專文〉一支於你我生命中盡情跳躍的豐盈之舞
◎文/央廣〈名偵探科普男〉節目主持人 冬陽      二十六年前的夏天,我在一張紙卡上劃下我的決定。      吸引我選填生命科學系的原因,直到現在還是很難向別人說明,最常回應的方式是往夜晚的天空一指:「我對浩瀚無垠的宇宙感到萬分好奇,可是我選擇比較近的那一個,想了解我之所以存在的生命宇宙是什麼模樣。」雖然大學四年加上服完兵役後,我選擇投身的職場是出版產業、做的是類型小說,學弟妹與師長曾打趣地說:「如果要辦『念生科還有哪些出路』的校友座談,一定找你回來講。」沒想到幾年後真的收到邀約,教我哭笑不得。      事實上,我從來沒離開這個領域。      七年前在出版社策畫科普路線, 書系名叫「Life and Science」;三年前受電台邀約,製播的節目名稱是「名偵探科普男」。我始終記得大一入學翻開厚重的精裝原文書,全寢室四個人平均分頁數、奮力查字典,預習好三十多頁的篇章,老師卻在三小時內教了六十幾頁,外加許多課堂上手寫投影的補充資料。有了進實驗室的經驗之後,才清楚教科書上扼要的一段機制描述、簡潔的一張圖表示意,可能是數個團隊花費十來年的研究成果,而且這本書大概每五年就要更換新的版次。      讀到這裡,你也許會問:「既然如此,對發育生物學、胚胎與生殖研究一知半解的我,怎麼可能讀懂這本《生命之舞》?」      若你是對生命科學領域「感興趣」,這便是個好起點。《生命之舞》是當今活躍於發育生物學第一線、頂尖研究者瑪格達萊娜.澤尼克-格茨的科學回憶錄,她從年輕至今的探索歷程就是對非專業人士的最好引導,遭遇挫折與另闢蹊徑的峰迴路轉記錄下科學創新的精采時刻,然而為過去束手無策的難題帶來解決曙光的新興技術,卻也可能引發意想不到的法律和道德爭議。      作者用極其生活化的感性口吻,描述一個好奇的心靈探究看似簡單實則複雜的問題:你我如何從一顆受精卵變成如此複雜的個體?這不是魔術,更不是神蹟,當科學家對生命運作的理解進入分子層次之後,終於得以見識到一場隨著時間推進愈顯波瀾壯闊的華麗舞蹈,其銜接之精細、呈現之多樣,遠遠超出獲取知識所得到的滿足,而晉升至難以言喻的美感與哲思—      這是在課堂、教科書與實驗室中鮮少感受的,也不是大多數以知識導向的科普書寫中優先彰顯的,我有幸結合過去所學以及推廣科學的熱情,邀請閱讀這篇文章的您一同欣賞這支於生命中盡情跳躍的豐盈之舞。

編輯推薦

【編輯推薦】從一個細胞開始,舞出生命的奧妙
◎文/黃靖卉(商周出版)   孕婦最害怕的,應該就是接到醫院打來電話,通知產檢結果有問題,需要回醫院複診吧?本書作者,同時在劍橋大學和加州理工學院各主持一個實驗室的國際知名胚胎學家和發育生物學家瑪格達萊娜.澤尼克-格茨,在懷第二胎的時候,就遇上了這樣的狀況。雖然她當時已經是研究過無數胚胎細胞的專家,她依舊非常震驚。而通知她胎盤細胞檢測有問題的這通電話,也改變了她的研究方向。   澤尼克-格茨的專業讓她知道胚胎細胞相當具有可塑性,甚至於她還能冷靜的分析檢驗結果異常的各種可能性。但同時,身為科學家的好奇心也讓她想要知道,帶有異常染色體的胚胎細胞,是否有可能自我修復,排除異常而正常發育。   本書描繪澤尼克-格茨如何不斷致力於各種新假說、領導研究團隊成功驗證假說,打破教科書教條,並於知名期刊《自然》、《科學》上發表超過一百篇論文。從孜孜矻矻日以繼夜的研究、發表研究成果和遭其他學者質疑,到父親過世和兒女誕生的悲喜交織,她的研究和她的人生經歷交融,也體現了生命的豐盛與美妙。

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作者資料

瑪格達萊娜.澤尼克-格茨 Magdalena Zernicka-Goetz

是劍橋大學哺乳動物發育和幹細胞生物學教授,她在劍橋大學生理學、發育和神經科學系主持一個實驗室。她也是加州理工學院生物學與生物工程教授,她於2019年在此建立了她的實驗室。她還是 Sidney Sussex College 的研究員和 Wellcome Trust 的高級研究員。擁有多項診療相關專利,在Nature、Science、Cell等主要期刊發表論文117篇。2023年小川-山中幹細胞獎得主(2023 Ogawa-Yamanaka Stem Cell Prize)。她的住所位於英國劍橋和加州洛杉磯。

羅傑.海菲爾德 Roger Highfield

科學博物館集團的作家、記者、廣播員和科學部主任。他也是牛津大學和倫敦大學學院的公眾參與客座教授。在科學博物館集團工作之前,他是《新科學家》雜誌的編輯和《每日電訊報》的科學編輯。他撰寫或與人合著了 8 部科普書籍,並編輯了 J. Craig Venter 的自傳《A Life Decoded》(Allen Lane/Viking,2007 年),該書入圍英國皇家學會科學圖書獎。他住在英國倫敦。

基本資料

作者:瑪格達萊娜.澤尼克-格茨(Magdalena Zernicka-Goetz)羅傑.海菲爾德(Roger Highfield) 譯者:蕭秀姍 出版社:商周出版 書系:莫若以明書房 出版日期:2023-09-05 ISBN:9786263187986 城邦書號:BA8040 規格:膠裝 / 單色 / 336頁 / 15cm×21cm
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