本文原刊於舉目官網2024.06.26

潘柏滔

什麼是共生？

“共生”，根據維基百科，其定義與簡介如下：

“共生”，在英文或希臘文中，字面意思就是：“共同”和“生活”。這是兩生物體之間生活在一起的交互作用，甚至包含不相似的生物體之間的吞噬行為。術語“宿主”，通常被用來指共生關係中較大的成員，較小者稱為“共生體”。

共生依照位置可以分為外共生，內共生。就外共生而言，共生體生活在宿主的表面，包括消化道的內表面或是外分泌腺體的導管。而內共生，共生體生活在宿主的細胞內，或是個體身體內部，但可能在細胞外。

美國微生物學家瑪葛莉絲（L. Margulis），深信共生是生物進化的機制。她說：“大自然的本性就厭惡任何生物獨佔世界的現象，所以地球上絕對不會有單獨存在的生物。”（註1）

20世紀以來的科學研究結果推測，細胞內的葉綠體和粒線體，也可能是內共生的形式之一。

一切生物都由細胞構成—— 沒有核膜的原核細胞（prokaryote。如細菌）和有核膜的真核細胞（eukaryote。如人類）。而粒線體（mitochondria）和葉綠體（chloroplast），都屬於真核細胞的一部分。前者是細胞的發電機，後者是細胞的光合作用食物製造廠。它們的特性，如基因組，基因運作機制，基因調節系統，核醣，抗生素抗藥性等，差不多與細菌（原核細胞）完全一樣，卻與真核細胞相異。而一些真核細胞中獨有的新陳代謝作用，它們也可進行。

這是如何形成的？一種理論認為，可能是一個原生動物吞吃一個細菌時，不將它消化掉，而是形成一種“共生”狀態（endosymbiogenesis 或 endosymbiosis）。智慧設計論則認為，粒線體和葉綠體與真核細胞的共生，可能是因為它們彼此依賴，乃是出於設計者巧妙的安排——這種解釋，更為合理，因為要按照一套共生的互助模型，才可進化而來。

除了粒線體和葉綠體的例子以外，最近更有新的例子：硝基體（nitroplast），也支援這種原核細胞被真核細胞使用並超越“共生”、進化為細胞器的過程。（見參考資料1，2）

硝基體：支持共生論的突破

雖然粒線體和葉綠體的共生理論已廣被接受，但是很少有其他生物模型系統，可以提供相關資訊，使我們更完整地瞭解，細菌如何經過共生程式，変成真核細胞內的細胞器，及其過程和途徑。

在2024年4月12日發表的《科學》雜誌的封面文章中，加州大學聖克魯斯分校團隊、勞倫斯伯克利國家實驗室（伯克利實驗室）、加州大學三藩市分校、國立臺灣海洋大學和日本高知大學的合作者表明，原核細胞UCYN-A 依賴於其宿主藻類細胞的蛋白質以及細胞器的複製和分裂過程，與藻類細胞的過程緊密配對，支持它形成藻類細胞的硝基體的假設。即原核細胞被真核細胞吞噬，並超越共生、進化成為細胞器的過程。（見圖）

上圖：硝基體的進化和功能

真核細胞中的多種細胞器，包括線粒體、葉綠體和硝基體，都是從內共生細菌的整合。

在藻類細胞Braarudosphaera bigelowii 中，葉綠體將無機碳變成葡萄糖，為線粒體中的呼吸鏈提供營養，並促進硝基體中的固氮作用。這些作用所產生的營養, 包括葡萄糖，氨和 ATP，加上外部摻入的化合物（磷，礦物質營養素和維生素），是細胞新陳代謝的組成部分，導致細胞生長和分裂（來源：參考資料3）

不同微分干涉對比 （Differential Interference Contrast）顯微照片，顯示了大型宿主藻類細胞與共生原核細胞UCYN-A的關係：SB（UCYN-A），Pls（Plastid），Nu（Nucleus）。 （來源：參考資料4）

科學家用 X 射線斷層掃描，顯示了處於細胞分裂週期（cell cycle）不同階段（cytokinesis，growth and reorganization細胞質分裂、生長和重組）的藻類細胞： UCYN-A，現在被認為是一種細胞器的固氮實體，是青色的（UCYN-A）。藻類細胞核（Nucleus）為藍色，線粒體（Mitochondria）為綠色，葉綠體為淡紫色（Chloroplasts or Plastids）。（圖片來源：Valentina Loconte/伯克利實驗室。參考資料4）

X 射線斷層掃描的結果，和蛋白質組分析表明：（1）UCYN-A 已整合在藻類細胞的架構中，與其他細胞器如粒線體和葉綠體同步運作，並且（2）它接收藻類細胞編碼的蛋白質基因組的互動。因此，UCYN-A似乎具有早期固氮細胞器的分子和細胞特徵。

進化與智慧設計

硝基體的研究，建立藻類細胞B. bigelowii 作為重要的模式系統，幫助生物學理解細胞器發生的過程，並將影響以生物工程改造増進固氮能力的農業植物的設計，改進糧產品質，減少化學肥料的應用。這有助解決世界糧荒和環保的問題。

若根椐普遍進化論的物競天擇理論的推展，大自然生物遵從適者生存、彼此殘殺、強者得生的基本機制。正如達爾文所言：“如果能證明．任何物種的結構的一部分曾經為了另一物種專有的利益而形成，它將殲滅我的理論，因為這樣的現象不能通過自然選擇的過程而來。”（註2）然而粒線體、葉綠體和硝基體的共生，卻並不符合這一機制。智慧設計論對此的解釋——這是出於設計者巧妙的安排，反而更為合理，因為它們的確是按照一套共生的互助模型，才可進化而來。（參考資料6，7）

2016年11月，倫敦皇家學會（Royal Society of London）在召開為期3天的“進化生物學新趨勢”會議中，終於承認了新達爾文進化論有問題。

倫敦皇家學會這樣一個徹底以進化論為主流的科學組織，其早期創辦人，大科學家如 羅伯特•波義耳（Robert Boyle, 1627-1691）和牛頓（Isaac Newton, 1642-1767），也相信智慧設計論。Peter A. Corning將於2024年7月出版的一篇主流學術文章，也指出進化論的弱點， 認為到了拋棄新達爾文主義的綜合論的時候了。他比上述的一些生物學家在“進化生物學新趨勢”會議上提出的“擴展合成”，走得更遠：新達爾文進化論不是需要擴展，而是需要被一套新的理論代替！（參考資料5）

當代生物界有許多內共生的例子。在形成過程中建立相互依存的關係，可能是推動物種多樣化的主要力量之一。生物形成相互依賴關係的傾向，與純粹的新達爾文物競天擇的進化論衝突。筆者相信，這可能是善良上帝智慧設計的一部分：祂一邊創造不同的生物，另一邊使生物共生、融入創作。

線粒體、葉綠體和硝基體的形成，看上去並不是盲目的，而是有目的的。

研究這些細胞器的遺傳或改造，智慧設計理論可能提供幫助。正如用在研究生物工程的新興的系統生物學（Systems Biology），作為一門學科，與工程學有許多共同特徵：建基於工程學的精密設計和整合的彼此配搭, 將細胞視為一套嵌入式電腦系統, 而非以無目的強者得勝的進化機制, 來作為發展方向。

雖然主流進化論學者仍困囿於“科學只研究自然現象”，迴避有超自然因素的智慧設計論，但對智慧設計論友善的學術論文已與日皆增。那些相信創造主以祂的智慧、大能創造和維護宇宙的科學家，更能帶來科學的突破。

註：

1. Lynn Margulis, Dorion Sagan, Dazzle Gradually: Reflections on the Nature of Nature (White River Junction, Vermont: A Science Writers Book, 2007), 155.

2. Charles Darwin, The Origin Of Species (London: Penguin Books, 1859), 228–9.

參考資料：

1. https://www.cell.com/cell/pdf/S0092-8674（24）00182-X.pdf

2. https://www.science.org/toc/science/384/6692

3. https://www.science.org/doi/10。1126/science.ado8571

4. https://www.science.org/doi/10。1126/science.adk1075

5. https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S007961072400035X?via%3Dihub

6. Integration and Confrontation of Worldviews: Evolution and ID （in Chinese）（1）

7. Integration and Confrontation of Worldviews:Evolution and ID （in Chinese）（2）

作者來自香港，獲生物學博士和神學碩士學位。在美國惠頓大學（Wheaton College）任教41年（1973-2014），現為該校生物學名譽教授。