基因改造的美麗與哀愁

你知道傳統作物也是基改作物嗎？
你知道我們每天吃下的食物裡都含有基因嗎？
到底存不存在「細菌基因」、「番茄基因」？

基因改造，到底改造了什麼？
基改產品需不需要標示？
天然的食材，最好嗎？
該問「是否有機」，還是問「是否永續」？

許多抗爭基改食品者，其實不了解自己在抗爭什麼。
也許最明顯的例子是抗爭黃金米，
這是第一個為拯救生命而研發成功的基因改造作物。
本書細說基因改造科技的相關知識、歷史因緣、以及營養保健等。

林基興

台大化工系學士，美國華盛頓大學工程博士。現任行政院科技會報辦公室研究員、環保署「非游離輻射預警機制風險評估小組」主席、公益「科學月刊社」理事長，並在台大化工所兼課。
通曉法、德、俄、日、英語，著有《電磁恐慌》、《為何害怕核能與輻射》。

專業推薦（依姓氏筆畫順序）：
丁詩同（台灣大學生技研究中心主任）
吳成文（中央研究院院士、前國家衛生研究院院長）
吳金洌（農業生物技術產業化發展方案主持人與中研院特聘研究員）
李家維（清大生命科學系教授與國立自然科學博物館前館長）
汪嘉林（生物技術開發中心執行長）
徐源泰（台灣大學生物資源暨農學院院長）
周成功（長庚大學生物醫學系講座教授）
翁仲男（台灣動物科技研究所名譽所長）
翁啟惠（中央研究院院長）
馬哲儒（前成大校長與化工系名譽教授）
陳文盛（陽明大學生物醫學資訊研究所教授）
陳奕雄（賽亞基因科技公司董事長）
陳樹功（食品工業發展研究所所長）
賀端華（中央研究院院士、美國華盛頓大學分子生物學家）
張文昌（中央研究院院士、台北醫學大學教授）
楊泮池（台灣大學校長與細胞及發展生物學家院士）
楊惠郎（慕洋生技公司執行長）
潘子明（衛生署基因改造食品審議委員會召集人與台大生化科技系教授）
蔣本基（台灣大學環境工程學研究所教授）
蔡懷楨（台灣大學分子與細胞生物研究所教授）
鄭登貴（台灣大學動物科學技術學系教授）
蕭介夫（義守大學校長暨生物化學講座教授、前中興大學校長）
賴明詔（前成大校長、中研院院士暨分子生物研究所特聘研究員）
鍾邦柱（中研院分子生物研究所特聘研究員）
戴謙（南台科技大學校長、台灣生技產業聯盟理事長）
魏耀揮（馬偕醫學院校長暨生物化學教授）

序 我國第一本基改科普書 余淑美院士 006
序曲 山重水複疑無路 009

第一章 人是過客，環境長存 015
生物來去，人類躍升 016
人口與農業「相互提拔」 021
生物的演化是必然現象 025
天擇其實是軍備競賽 027
注重環保：皮之不存，毛將焉附 038
自然不等於道德 041
過客，請善待地球 046
第二章 絕處逢生——分子生物學來相救 049
化約論已展現威力 050
基因是什麼？ 054
生物本來就共用DNA和蛋白質 058
沒有所謂「番茄基因」或「細菌基因」 061
基因的改變是演化的基礎 062
基改的時代背景 064
基因改造是什麼？ 067
老祖宗早就在從事「基改」大業 078
所謂基改，其實取之於自然 084
分子農場崛起 092
第三章 基改食物安全嗎？ 099
擔心DNA作怪 100
「實質等同」觀念 108
基改產品需不需要標示？ 112
背上「科學怪食」的辱名 115
你聽過食品上噴灑病毒嗎？ 117
為何過敏？ 119
基改導致蜜蜂消失？ 124
專題報導一：台灣的基改現況 126
第四章 合作代替對抗 137
該問「是否永續」，而非「是否有機」 138
「天然」的誘惑：當心中毒！ 145
扯入宗教就吵不完 149
民眾不必擔心基改混淆葷素食 151
其實要擔心的是食品遭受外來汙染 153
專題報導二：衛生福利部的叮嚀 158
第五章 基因流布與雜草問題 165
基因流布是什麼？ 166
防止基因流布的策略 169
「超級雜草」並沒啥超級 171
基改作物沒比非基改作物更傷環境 173
第六章 反基改的源頭 177
預警原則是什麼？ 178
風險認知：應盡量用機率來表達 181
基因科學家的理性約束 185
「綠色和平」吹皺一池春水 187
不論事實如何，反基改者就是反對 191
消費者的態度 194
歐洲為何有反基改風潮？ 195
基因改造食品公民會議 198
專題報導三：基改技術的其他妙用 200
第七章 望風披靡與眾口鑠金 207
媒體的威力：風吹草掩 208
三代基改作物各有目的 209
基改更有利於開發中國家 211
反基改者最愛傳播的謠言 215
蘇力菌的故事 219
大鼠被誰傷到？ 225
玉米風波，烏龍連連 230
肯亞個案的省思：民生科技不敵政治 236
醜化基改的例子：基因使用限制技術 239
留心智慧財產權問題 243
為何弄得只剩跨國大公司從事基改？ 244
民調的用字遣詞，能操縱民意 249
曲終：化作春泥更護花 253
不熟基改科技者，請謹慎發言 254
誤解科技的悲劇 256
漸露曙光：合作產生力量 258

濃濃的謝意 260
附錄一：與基改相關的世界規範 262
附錄二：評估基改安全性的技術細節 267
附錄三：發表前再確認 269
附錄四：參考文獻 271
附錄五：注解 273

生物本來就共用DNA和蛋白質

三十多億年前，地球開始出現生物，後來的生物出自同一源頭。你我現在的DNA和基因，有一部分還是三十億年前流傳下來的。人類的DNA序列和黑猩猩的差異度只有1%。（但為何五百萬年前分開演化的人與黑猩猩，長得很不像？因為大多數重要的演化改變，發生在控制基因開啟和關閉的DNA片段，因此一個微小的遺傳變化，就可能造成重大的影響，例如改變了基因表現的時機。大自然可藉由調控相同的基因，以不同的方式運作，而發展出兩種很不同的生物。）和父母親的基因體比較，你我的基因體大約有一百個突變。

人類有兩百種細胞，均來自單一細胞（受精卵）。人類基因數目是大腸桿菌的十倍、果蠅的兩倍、約與玉米相近。我們的基因體和老鼠很相似；人和其他生物的相似性，讓我們更體會生命的統一性，畢竟生物來自同一源頭。
不論何種生物的細胞，均是膠狀長分子的聚合，大部分為蛋白質。細胞都具有共通處，例如，分裂時均複製DNA——大腸桿菌大約在二十分鐘完成複製，人類則需八小時（因為人類的複製機器數目約為大腸桿菌的千倍）。
各種生物基因的運作規則都一樣：都是由基因轉錄成RNA，再轉譯成蛋白質。製造蛋白質的過程也相似，蛋白質的功能區塊（domain）也相近——當我們比較細菌、植物、人等，蛋白質的功能區塊不論在序列或結構上，均很類似。不同生物的蛋白質的相似性，反映出生物細胞執行了許多相同的反應，而且顯示生物之間的演化關係。

生物內的轉錄和轉譯規則均相同，因此，細菌的基因經過適宜的轉換，便可在植物中運作，也可製造出相同的蛋白質。這便是基因改造技術的基礎所在。
諾貝爾生理醫學獎1965年得主賈寇布指出，生物均由差不多同樣的分子組成，從人類到酵母均具有類似分子，執行共同的功能（細胞分裂、傳遞訊息等），但是因為控制基因運作調節的差異，就出現了這麼多不同的外形。因此我們說，人類和豌豆（魚和番茄等）的差異主要並非在於基因，而在於基因如何、何時、何地運作和布局蛋白質。魚類與哺乳類的外觀差異大，是因為幾個調節基因系統上有差異，這些調節基因就是決定在何時、以何種基因開始運作的指揮者。生物個體很不同，但胚胎發育時，主導基因很類似，就是這樣，透過演化才得以產生複雜的生物。

就像表達同一意思的一個字，可用在許多文章中，基因為一段資訊，而可用在許多不同的生物體內。所有的生物互相關連，分享相同的基礎遺傳系統，因此，一個生物的基因也可在另一生物體內發揮功能。你可將魚的一個基因放在水果內，或相反的，將水果的一個基因放在魚內。魚的基因只是片段的資訊，並沒有貼著標籤，寫著「我來自魚」。
——摩西（Vivian Moses），英國倫敦國王學院生技教授

沒有所謂「番茄基因」或「細菌基因」

形成基因的方法包括「分子拼湊」（DNA片段的複製或整個基因的複製）、排列組合已有的片段（馬賽克般的基因）。整個生物世界就像個巨大的積木，可一塊塊拆下，再以不同方式組合，產生不同的外形。例如，控制細胞分裂的基因體，在酵母菌和人類中相同；控制動物脊椎前後軸的細胞功能，在人類和蒼蠅的基因相同。
幾億年來演化過程中，生物保存了功能和結構；有些基因和蛋白質經過複製，出現小差異，能執行新的功能。新物種或新現象，往往來自舊的基本單位出現全新的組合方式；大自然的複雜度，是由少數量的單位組成的。

看上去並不相關的生物之間，轉移基因之所以可行，正是因為所有活的生物都有相同的DNA編碼、相同的蛋白質合成、相同的許多基本生命機能。因此，表面上看起來也許很不相同的生物，實際上非常相似，至少是在分子層次而言非常相似。對所有生物而言，相似性大於相異性，這也是看似完全不同的生物之間，能夠轉移基因的原因之一。
基因並不獨屬於它的生物來源。因此，並沒有所謂的「番茄基因」或「細菌基因」；無論番茄還是細菌，它們都是由基因體合作、而不是由單個基因構成的。大部分品種只是因為有很小比例的基因不同而相異，即使番茄和細菌，尺度差異這麼大，也都擁有很多共同的基因——因為番茄和細菌曾經有過共同的祖先。

美國加州「DNA植物科技公司」在1990年代研發將魚基因放入番茄中，而引發諸多抗議。例如，2002年在加拿大多倫多商店民眾示威，甚至穿魚與番茄形狀的衣服，招來媒體注意。但其實該研發並未商品化，社會只是捕風捉影。
該基因來自北極比目魚，可保護魚生存於冰冷水中。其實許多生物均具有抗冷基因，例如甲蟲、冬裸麥、胡蘿蔔、龍葵等，所產生蛋白質的保護方式基本上一樣，但有效度各異。因為轉錄和轉譯DNA的規則適用所有生物，不管魚或甲蟲或番茄中的基因表現的胺基酸系列，則均一樣。來自魚的基因並不會讓番茄變得「魚腥味」。
 —— 費多樂（Nina Fedoroff），美國國家科學院院士

擔心DNA作怪

食物中早就含有各式各樣的基因，這些基因源自肉類、蔬菜水果、甚至昆蟲、病毒、細菌等等。經過消化後，食物中的DNA就會分解成為腺嘌呤、鳥糞嘌呤、胞嘧啶、胸腺嘧啶——也就是組成DNA的四種鹼基。消化系統中的唾液腺、胰臟、小腸均有分泌物可分解DNA，胃酸則從腺嘌呤和鳥糞嘌呤下手，破解整個分子的作用。但是這些分解並非百分之百完成，這就讓反對基改食物者拿到把柄，認為可能導致「水平基因轉移」，亦即吃下基因會改變人的基因。

真是這樣嗎？
有些科學家宣稱：檢測到一些DNA會逃離消化道，進入血液系統。但細究之下，發現他們使用非常高濃度的DNA進行實驗，這在實際情況是不可能發生的；這些科學家若非刻意誤導，就是疏忽。例如，德國科隆大學遺傳研究所的多夫勒（Walter Doerfler）團隊，研究食物中的基因在大鼠體內的流動情況，他們的確發現一些DNA會逃離消化道，進入血液系統。他們所用的材料其實來自「嗜菌體M13」，但這是天然基因，而非轉殖基因；他們發現大鼠體內到處都有其DNA。這結果讓人擔心基改食物中的轉殖基因也會到處跑。
其實，該團隊餵食大鼠的是50微克的「嗜菌體M13」DNA分子（1微克等於百萬分之一公克），而非50微克的基改黃豆DNA，兩者相比，其值相差約二十萬倍（嗜菌體M13有6,400鹼基對，黃豆DNA有10億鹼基對）。如果要公平比較（正確的實驗），就必須餵大鼠吃二十萬倍的黃豆DNA。但是大鼠並不吃純DNA（黃豆的主要成分是澱粉和蛋白質），那大鼠就得吃下非常非常多的黃豆，這是很不可能的事。

另外，在2003年，英國「環境、食物、田野事務」部的部長報告指出，「多夫勒研究並不在研究轉殖基因，而是研究所有吃下的基因。」亦即，在血液系統中找到食物DNA，並不值得驚訝。
人類演化過程中，一直吃下各種食物，各式人物嗜食各式食物——動植物之外，當然也包括各種菌類等「異鄉異氣、異國風味」，因此，我們的身體一直暴露在各式外來基因中。

自有人類以來，一直在進食基因，並沒有任何證據顯示，食物基因可進入人體細胞。
—— 梅勒寇（Alan Malcolm），英國生物研究所執行長

所有乾燥後的蔬果與肉的重量，大約有百分之一是DNA。所有食物幾乎都包含DNA，現代人一天吃下大約1公克的DNA，其中，少於二十五萬分之一是基因改造食物的DNA。一般基改蛋白（改造後的基因所轉譯產生的蛋白質），在一公克植株的含量大約為20微克，占所有蛋白的萬分之一左右。
食物中帶有基因的DNA，在消化道會被消化液分解，變成營養成分被吸收。例如，胰液中的核酸酶分解DNA成為核苷酸（串聯成DNA與RNA的基本分子，由含氮鹼基、五碳糖和磷酸根構成），腸液中的核苷酸酶再將核苷酸分解為五碳醣、含氮鹽基、磷酸。英國新堡大學的季堡特（Harry Gilbert）團隊，以自願者實驗基改黃豆，發現在排泄物中並無轉殖基因，顯示DNA在經過消化道後均被分解了。所以，基改作物的基因（DNA片段）不會汙染人體，只要是國家核准的基改食品，均可安心食用。

事實上，人類食用各種作物數千年，並無作物基因進入人體細胞的實情。
若有人擔心基改作物，質問：「誰知道幾十年後是否會造成身體出問題」？會這樣質問的人，對於非基改的傳統育種作物，更應該要提出同樣的質疑，因為非基改（包括輻射與化學改變）等傳統育種，其實是「揮舞大鎚來改造基因」，也就是「無知的基因大混合」，根本不知道混合了哪些特定的基因——這也是基因改造，卻從無人擔心，也從無嚴格評估檢驗安全性。那麼為何還要擔心「經過嚴格檢驗的基改作物」？

基改的時代背景

生物科技的進步，讓科學家可在分子層次嘗試改變生物組織，而更具意義的，當屬應用於解決當時的需求，包括農產與醫療、環境汙染問題等。
在農業方面，因為大量使用農藥，生態已受到損害，而且可能透過食物鏈影響人類。因此，科學家研發出分解快速而不會殘留在環境的有機磷殺蟲劑（例如巴拉松）。不幸的是，其毒性比DDT更強。於是科學家轉而研發天然殺蟲劑，從菊花中提出除蟲菊素，但幾年後，具備抗性的昆蟲冒出頭來，只好停用。更微妙的是，除蟲菊素雖然是天然的物質，但似乎也會傷到人，有些的毒性還很強。
另一方面，就算農藥不傷人，農民也深為厲害的對手所苦。例如玉米螟蟲深藏玉米莖桿內，傳統噴藥只保護到外表的莖葉，無力深入根部和作物內部組織。
有什麼比（從外部）噴灑農藥更好的方法呢？美國農業部的科學家嘗試使用害蟲的天敵，例如，會攻擊棉鈴蟲的核多角體病毒（polyhedral virus），但實際上不可行。因為病毒也許可以去除有害動物、又不會傷到植物，但是人也是動物，一些益蟲也是，所以散播病毒的方法並不可行。

愛爾蘭馬鈴薯遭受晚疫病襲擊，甚至造成愛爾蘭大饑荒（1845年）；義大利著名美味聖馬札諾（San Marzano）番茄，被番茄嵌紋病毒摧殘殆盡。香蕉葉斑病來自黴菌，使得香蕉減產過半，半世紀前發現於斐濟，現已傳布到全球，對於烏干達等以香蕉為主要作物的國家，已造成對食品安全的威脅。美國賓州果園被李痘病毒困擾、加州酪梨發生枯萎病等疫情，均深深困擾農業科學家。
還有，水稻胡麻葉枯病流行而造成孟加拉饑荒（1943年）。中國遭遇小麥的黃花葉病毒、赤黴病、白粉病等問題。在台灣，海芋和青花菜易生軟腐病、水稻遭遇白葉枯病、番茄遭遇青枯病與軟腐病等，真是族繁不及備載。
氣候相關因素也困擾各國，也許最嚴重的是，非洲撒哈拉沙漠以南是個農業生產發展跟不上需求增加的地區，這裡土質最貧瘠、資源最枯竭，灌溉農田只有4%，大面積農田面臨沙漠化。但在另一方面，有些地方過度潮溼、高溫、病蟲害猖獗；這些環境因素往往是導致糧食嚴重歉收、供應短缺等饑荒的原因（內戰等政治社會因素也造成糧食短缺）。這些地方最需要的作物特性是能夠更適應環境的，例如抗乾旱、耐高溫、耐鹽性土質，更要能抵抗病蟲害。

玉米為非洲最廣泛種植的主糧，超過三百萬農民常缺水灌溉，而導致貧窮與饑荒。近來的氣候變遷更惡化了乾旱問題；並且，乾旱時的蟲害搶糧，讓收穫更差。
在醫療方面，許多疾病仍讓人束手無策，而來自基因異常的病症，千百年來更是折騰了不少人，甚至造成家破人亡。例如亨丁頓舞蹈症（Huntington's disease，1872年由美國醫學家亨丁頓發現）是一種遺傳性神經退化疾病，起因於第四對染色體異常，病發時會無法控制四肢，就像手舞足蹈一樣，並伴隨著智能減退，最後因吞嚥、呼吸困難等原因而死亡。

亨丁頓舞蹈症為顯性遺傳，只要父母其中一方罹患，子女就有一半的機率得病。患者製造出的亨丁頓蛋白，比一般人多出許多重複的麩醯胺酸，此異常的蛋白容易沾黏、聚集，最終導致神經的死亡。首當其衝的是患者的基底核（前腦的一部分，是一群位在新皮質下方的神經元簇，與做選擇、注意力、報償等反應有關），使得全身肌肉不受控制的抽動。到了疾病的晚期，連負責下達指令的大腦皮質也會逐漸死亡。亨丁頓氏症目前無法治癒，僅能靠藥物減輕憂鬱症和四肢抽動的症狀，病情只會不斷惡化，對於患者本身與患者的親屬都是非常煎熬的過程。
其他的遺傳疾病，包括血友病、肌肉萎縮症、鐮狀細胞性貧血、杜馨氏肌肉萎縮症、唐氏症候群、纖維囊泡症、綜合型免疫缺乏症等，非常多種。這些自然缺陷往往造成親人極大的痛苦；雖然有些已經找出致病的基因，例如1983年，美國遺傳學家古賽拉（Jim Gusella）找出亨丁頓舞蹈症的基因；但在治療方面，人類仍在嘗試錯誤中。有朝一日，「基因療法」也許有希望。

老祖宗早就在從事「基改」大業

種原（germplasm）為種子內的基本遺傳資訊，會影響植物的成長和發展。例如，不同品種番茄的種原，可能會有不同的抗病蟲害能力、耐乾旱能力、顏色、大小、產量差異、以及許多其他的不同性狀。
從古以來，人們就常篩選種植「想要的」作物，而去除「不喜歡」的作物。我們的祖先讓不同的動植物雜交，不懂基因就「隨便的」混合千百基因，產生各種變異品種。例如，將早期的單粒小麥和一種山羊草雜交後，產生雙粒小麥；今天的麵包小麥就是雙粒小麥和另一種山羊草雜交的結果。
因此，現代小麥是一連串雜交後的產物，其他作物亦然，都有基因改造之實，只是沒貼上「基改」標籤而已。事實上，這些作為均是為人類利益而操縱，就如達爾文所說：「人類馴化物種並非為動植物本身的好處著想，而是為人類使用之需或幻想。」

容我冒昧，查理王子，殿下在1998年說過一句名言：「基因改造使人類進入上帝專屬的領域。」其實我們的祖先老早就已經踏入這個領域，幾乎所有人類的食物都不能算是「自然」的。
—— 諾貝爾生理醫學獎得主華生，評述英國王儲反對基改

上述雜交育種是人類改變「自然」、加速變異的作為，自然的演化太慢了、或不合當代人所需，因此人們就自力救濟、自行實驗。雜交造成作物遺傳基因的整批翻新，也許每個基因均受到影響，而且經常造成無法預知的後果；相反的，現代生物技術以精確方式，把遺傳物質引進一種作物中，而且是一次只轉殖一個基因。因此，我們可以說：傳統的育種方式就像揮舞一把大鎚，而生物技術則像小心翼翼的捏著一支鑷子；傳統與生技在基因改造手法的粗細，有如天地之差。
至少一萬年前，人類已經開始將食物改得「不自然」了。例如，我們今天所熟悉的玉米（玉蜀黍）的原生地是墨西哥，它原來是一種叫類蜀黍（teosinte，或稱墨西哥玉米）的一種高草，它結的穗為手指般長短，並且只有一排少量的顆粒。今天種植的玉米是經過多年培育，才形成的糧食作物，與先期玉米有著極為不同的特徵（請參閱彩圖17）。
番茄和馬鈴薯最早出現於南美洲，當時的番茄大小和葡萄一樣。馬鈴薯最初則是含有大量有毒的配醣生物鹼（glycoalkaloid）的多節塊莖植物。
從1930年代開始，植物雜交專家研究出新的技術，能夠讓兩種在正常條件下無法產生下一代的植物，繁殖後代。又如，雜交救胚（embryo rescue）技術，是將新植物的胚放在實驗室中悉心培養，輔助它度過最初的生長階段。