二戰結束70週年:原子彈爆炸後也有幸運兒,DNA在搞甚麼?

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兩次原子彈爆炸,大難不死的日本人—山口疆
如果科學界對於「二次結束70週年」也有重大的回顧分享,大概,物理學家、遺傳學家也會直指同一件事:日本廣島、長崎的兩次原子彈爆炸。而當物理學家全神貫注地分析原子彈核裂變的連鎖反應時,遺傳學家卻關注當年一件重要案例:山口疆(Tsutomu Yamaguchi)事件背後的基因突變。
山口疆是三菱公司的工程師,在1945年8月6日、8月9日這數天內,他是連續受兩次原子彈輻射的倖存者,兩次爆炸都距離他數公里以外。8月6日首次爆炸前一刻早上,他在趕往辦公室的途中,遠遠看到那轟炸機放下一枚與別不同的炸彈。他立即遵照空襲訓練指示,趴在地上、雙手遮蓋眼和耳,大約半秒後,炸彈的強光和聲響彷彿同步釋出,他隨即被彈飛落地,昏暈過去。
醒後,他挨着嚴重灼傷的身體,焦急地趕上一列火車,希望盡快回到長崎尋找妻兒。終於,8月8日早上他抵達長崎的家門,一見太太,先讓她看看自己的雙腳仍在;因為日本民間傳說認為,鬼是沒有腳的,他要證明自己依然生還,藉此告訴太太眼前並不是他的鬼魂。
第二天上午,山口疆回到長崎三菱公司總部,手臂與臉都包裹着繃帶,向上司和同事訴說他的見聞。上司一聽,簡直覺得他胡說八道:「你是一位工程師⋯⋯即管去算算看,一顆炸彈怎麼可能摧毀一整座城市?」諷刺地,這話一說完,當時即傳來強烈的白光,照滿整個房間,這就是第二顆原子彈爆炸後的一刻。山口疆回憶那時還在想:那朵蕈狀雲團或許是從廣島跟著我來長崎的﹗[註一]
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非一般日本倖存者:山口疆

 

輻射即時傷亡嚴重,但遺禍未至於世世代代?
一般情況來說,兩次原子彈爆炸後,許多日本人飽受嚴重灼傷、發燒、半聾、禿頭、發炎、指甲脫落等等,而隨後十年,血癌患者大量急升,而各類癌症也有上升趨勢。當時正在懷胎的孕婦,不足四週的胎兒流產,在肚內存活下來的,出生後都帶畸形腦和智力問題,當中長大後最高的智商只有68。
不過,原子彈爆炸後的數十年,還有許多日本人再生的嬰孩,未有明顯 / 嚴重的遺傳問題。而終於,數十年後,山口疆在2010年才因為胃癌逝世,死時九十三歲。這個故事觸發科學家無窮想像,他是怎麼做到的?
按道理,每次原子彈爆炸,人們承受的輻射量,等於常人在生活吸收了背景輻射一年的「一百倍」。原子彈釋放出各種射線之中,最強的稱為「伽馬射線」(Gamma Ray)。[註二] 它照射人體時猶如將DNA的水分子予以重擊,將水分子的電子撞飛,繼而產生自由基,隨後的化學反應會將DNA斷開成一段段,甚至將染色體劈成許多碎片。
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原子彈爆炸後的廣島

DNA突變搞什麼?
 
的確,細胞有自動修復能力,像剪刀般將受損的DNA切斷,再有酵素補回DNA缺口,就是我們知道的那些鹼基編碼:A、C、G或T,但前提是DNA不能被破壞得太嚴重。如果只是雙股螺旋的其中一股斷裂,要修復它並不困難,大約一小時內便能恢復,錯誤也少。可惜,如果雙股皆斷,甚至零碎不堪,太多的受損出現,細胞為了快速修補,通常會胡亂把DNA兩端分離的邊緣接上便算了,導致出錯的機率相當大,或造成所謂最嚴重的「移碼突變」(Frameshift mutations)。[註三]
所謂「移碼突變」,不是一般DNA的編碼錯亂,情況等於DNA序列多了 / 少了一個鹼基,這樣,細胞在讀取 RNA 時就極易出錯,令讀取胺基酸的三聯體時,構成一連串的災難,終於導致人體不同地方發生各種病變,甚至快速死亡。
說回山口疆,他不幸地連續受過兩次強烈輻射,卻又幸運地比其他人較少病變,而他在數年後生了兩名女兒,除了青少年和成年期的一些小疾病外,卻無其他嚴重或致命的疾患,外貌和智力也正常。這是為什麼?
儘管科學家無法「捉住」山口疆及其全家,仔細地研究一番,然而,他們對此還是作出一系列推測:
其一,山口疆似乎有比其他人更強的細胞修復能力,具備更有效率的修護基因組合,連雙股斷也一併補救了。
其二,也許山口疆幸運地在伽馬射線的照射中,並未擊中最重要的細胞功能,突變沒有出現在重要的蛋白質編碼序列上。
其三,即使突變出現了,但大部分屬於「靜默突變」(silent mutations),這些排序小錯誤剛好仍能讀取「同一種」胺基酸編碼,而沒有造成傷害;而不是許多人發生的「移碼突變」。
其四,山口疆負責監控腫瘤和癌細胞的基因,並未受嚴重損害。
正是上述因素或全部加起來,幸運地降臨在山口疆身上。無論如何,當年的原子彈除了是美國希望盡快結束戰役,使用最狠辣的招數之外,其實當時所有科學家對這些輻射對人體有多大影響,可謂所知極少。那篇關於基因和蛋白的經典論文:one gene/one protein,是在投擲廣島原子彈前幾天才出現。[註四]
所以,美國下手時根本無人知道,日本人受原子彈的災難可以持續多久多遠。歷史和科學家事後孔明的回顧,看來鬆一口氣,只能說是人類戰爭不幸之中的萬幸。
文 / 王陽翎(于非)
[註一]
THE MAN WHO SURVIVED TWO NUCLEAR BOMB ATTACKS
 
[註二]
What Are Gamma-Rays?
 
[註三]
Effects of Frameshift Mutations: Definitions and Examples

 

[註四]
山姆.肯恩(Sam Kean)著:《小提琴家的大拇指》(The Violinist’s Thumb),臺北市:大塊文化,2013年9月,p.61 – p.78。

 

延伸學習:
陳志宏博士講解廣島、長崎兩顆原子彈,是美國分別利用不同的化學元素製成,殺人之餘,又是借日本人作另一項實驗,但為何原子彈可以有如此破壞力呢?背後其實大有學問。
33-2連鎖反應與原子彈《陳志宏暢談物理學》 

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