Debbie Tam

加拿大Aqua Bounty Farms公司的研究員從太平洋王鮭(Pacific chinook)身上，分離出生長荷爾蒙基因 (growth hormone gene)，將此基因連接於一段很強的啟動子(promoter)DNA序列後，再以基因轉殖技術改造大西洋鮭(Atlantic salmon)，使啟動子大量啟動生長荷爾蒙基因的表現，藉由大量生長荷爾蒙在體內的作用，即可加速大西洋鮭的生長速度，並縮短鮭魚養殖至可上市的時間(1)。Aqua Bounty Farms公司最近向美國食品及藥物管理局(FDA)申請基因改造鮭魚之上市許可證，但因為被傳媒大肆渲染，所以引起了很大的爭議。雖然基因工程改造的食物(GM food)在歐洲早已備受爭議，但是在北美引起大眾的關切還是最近的事。一些生態學家甚至提出警告，如果基因工程改造的鮭魚流入自然界中，可能會危害天然魚群。

 

在1990年代，曾有另外兩間公司計劃以此基因工程技術改造鮭魚，分別是蘇格蘭的Otter Ferry Salmon和紐西蘭的King Salmon Company，不過，最後皆因輿論的反對壓力而宣告放棄。但Aqua Bounty Farms仍然堅持進行此計劃，生態學家警告，現在的科學知識並不足以評估基因改造鮭魚的危險性。加拿大魚業及海洋部(Department of Fisheries and Oceans)的研究員Robert Devlin認為，對這方面的研究大部份是在過去10年才開始，因此數據仍然太少，推測太多。因為建立穩定的基因改造鮭魚品系可能就要花10年的時間，所以並未對此基因改造鮭魚進行更進一步的研究，即急於將成果申請上市。目前正在進行基因改造研究的魚類約有35種，包括許多種不同的鮭魚以及其他有經濟價值之魚類。以上的基因改造研究工作，大部份是由商業性的魚商在進行，其改造方式大多與生長荷爾蒙基因有關。

 

生態學家特別關心的問題是，由鮭魚養殖場逃脫的基因改造鮭魚，對生態可能造成的影響。因為傳統的鮭魚養殖場是位於淺水海岸，所以基因改造鮭魚很有可能會逃入海洋中，在某些區域甚至會造成其數量超過野生鮭魚，特別是在加拿大西部、華盛頓州和美國南部海岸，太平洋王鮭的數量正在逐漸減少，逃出的鮭魚對此區域將造成更大的衝擊。目前雖然還不能肯定基因改造鮭魚有特別的危險，但潛在的問題卻非常清楚。最令人擔心的是，當逃脫的基因改造鮭魚與野生鮭魚交配後，造成其後代帶有此生長荷爾蒙基因，因而使野生鮭魚族群內亦帶有此基因，如此可能造成無法預估的後果。但是支持製造基因改造鮭魚的人卻反駁說，讓基因改造鮭魚失去生殖能力的技術是做得到的；而且，即使基因改造鮭魚逃入海洋，此鮭魚亦無法與野生鮭魚成功地交配，所以無需過度擔心。但是，即使基因改造鮭魚沒有散播生長荷爾蒙基因到野生鮭魚身上，牠們也有可能因與野生鮭魚競爭資源而擾亂生態。不過，造成這結果的可能性還取決於很多因素，包括：魚群的健康狀況、逃脫的基因改造鮭魚之數量和當地的環境。

 

在交配的問題上，美國普渡大學(Purdue University)的William Muir和Richard Howard根據他們的實驗，提出了一個令人擔憂的結果。他們利用一種能快速繁殖的魚類名為日本鯽(Japanese medaka)作為實驗模型，觀察鯽魚體型的大小在交配成功與否所扮演之角色，他們發現，雄性而大型的鯽魚在交配時，比體型較小之競爭者有多達4倍的優勢。研究人員同時比較，正常的鯽魚與已帶有人類生長荷爾蒙基因之鯽魚的存活率，其結果顯示，在水族箱環境下，快速生長的基因改造魚在未至性成熟時，便已有30% 死亡。最後的研究，是把以上所有的結果與其他相關的參數輸入電腦，再利用電腦模擬出一個有60,000條野生鯽魚與60條基因改造鯽魚並居的狀況，其結果顯示，雖然基因改造魚的交配成功率較高，但是，其後代的生存能力並不理想，經過40代的繁殖後，最後甚至會導致種族滅絕。Muir和Howard把這種現象命名為『破壞者基因效應』(Trojan gene effect)(2)，這個名詞意味著，加入的生長荷爾蒙基因會破壞並毀滅整個族群。

 

普渡大學的研究員強調，他們的研究結果必須謹慎處理，因為種族滅絕這個恐怖的預測，是假設成熟的基因改造魚比野生魚的體型大，才會造成。其實人類的生長荷爾蒙基因，只是增加鯽魚幼魚的生長速度，但是，成熟後的鯽魚之體型並不比平均體型大。Muir曾經利用鮭魚的生長荷爾蒙基因做試驗，他發現，經此基因改造的成年鯽魚之體型，的確會比正常的鯽魚大50%。但是，這些鯽魚的存活率卻比野生鯽魚差，經鮭魚的生長荷爾蒙基因改造過的鯽魚，牠們存活至性成熟的比例減低至78%。這個結果表示，基因改造魚群的確有可能會使野生魚群非常快速地消失。以上之結果雖然還未正式公開發表，但是如果令基因改造魚失去生殖能力的技術，無法做到100%可靠的話，那麼『破壞者基因』(Trojan gene)好像會是一個真實的惡兆。

 

要製造失去生殖能力的鮭魚是非常簡單的，如果鮭魚卵在受精後，接受一短暫加熱或壓力的處理，鮭魚的受精卵會比正常的兩套多了一套額外的染色體(chromosome)，有三套染色體的鮭魚無法發育出正常的生殖特徵，所以這種雌性鮭魚是無生殖能力的。若加入雄性荷爾蒙，可使雌性鮭魚變為有生殖能力的雄性鮭魚，這種性別掉換的方法，可使此種雌魚取代一般雄魚，作為繁殖後代的種魚(breeding stock)。用加熱或壓力處理受精卵，可使所有基因改造鮭魚成為完全失去生殖能力的『三套染色體雌鮭魚』，Aqua Bounty Farms公司的總裁Fletcher認為，只要有熟練的水產養殖專家，這個方法是萬無一失的，但是仍有科學家對此缺乏信心。美國明尼蘇達大學的生物科技與水產養殖專家Anne Kapuscinski就質疑，在養殖鮭魚時，即使技術很純熟，不同批的鮭魚，仍然會有相當的誤差。

 

如果控制鮭魚不育的技術，不能達到百分之百可靠的話，那麼是否這些體型比較大的基因改造鮭魚在交配時會佔有優勢？這是一個很重要的問題，但是商業性的養殖業者，只對如何迅速地把鮭魚飼養到市場所需的大小感興趣，對於其他的問題並不重視。Fletcher說，根據他們公司的研究，現在仍然找不到證據顯示，基因改造鮭魚到達性成熟之後，體型會比較大。可是其他科學家指出，這些結果還未正式在同儕審核的期刊發表，魚類生物學家Eric Hallerman (Virginia Polytechnic Institute in Blacksburg)也提出批評說，除了他們自己的圈子以外，沒有人看過這些數據。

 

Devlin的實驗室則曾改造銀鮭(coho salmon)，培育出能夠快速生長的基因改造鮭魚。研究結果顯示，基因改造的銀鮭在性成熟時比野生的銀鮭大百分之五十。但是，這個實驗結果或許只是舒適之實驗室環境與嚴酷之自然環境的差異所造成。所以，最主要的測試，是應該要在同一環境內飼養基因改造與野生的鮭魚，並進行觀察。在古巴首都哈瓦那的基因工程與生物科技中心，科學家利用基因改造的吳郭魚(tilapia)做增強生長的實驗，其結果顯示，經基因工程改造的吳郭魚在成熟時比正常的大兩倍(3)。可是到目前為止，還沒有相關的論文是利用鮭魚去做以上的研究。

 

除了交配能力的研究外，其他關於基因改造鮭魚是否會破壞生態環境的問題也被研究過，但是這些研究的結果也都無法提出一個明確的結論。例如，Devlin與他的同事發現，在實驗室環境下，基因改造的銀鮭，其食量比野生的銀鮭多出將近三倍(4)，提高生長荷爾蒙的表現量似乎造成他們更飢餓。這實驗結果在自然環境下是否也如此則還尚未確定。但是，如果這是事實，這些基因改造魚便會如餓狼般尋找食物，特別是在一些食物供應有限的河流裡，這會令生態受到嚴重的破壞。

 

Arnold Sutterlin (Aqua Bounty Farms)與Mark Abrahams (University of Manitoba in Winnepeg)也曾合作，以基因改造的大西洋鮭做類似以上的實驗，此實驗是將鮭魚的幼魚放入一桶子中，桶子內有鮭魚的食物以及一條大鱒魚(trout)，以檢驗其對敵人的防衛能力。結果再度顯示，他們比一般的正常魚更為飢餓，而且還發現他們防衛敵人的能力降低了(5)；再加上大西洋鮭的偽裝能力比較差，因此推測，這些基因改造過的魚不太可能能夠在自然的環境下生存。如此一來，逃脫的基因改造鮭魚對生態的破壞可能會較小。

雖然Devlin與他的同事提出，基因改造的銀鮭會游得比較慢。但是，另一方面Aqua Bounty Farm的科學家卻發現，基因改造的大西洋鮭比野生型鮭魚更活躍(5,7)。這樣不同的結果可能是因為以不同種的魚做實驗所造成；或者只是因為基因改造技術造成品系間的差異而已。因為，若基因插入染色體的位置不同，可能會造成不同的影響。例如：雖然Muir用鮭魚生長荷爾蒙基因放入鯽魚，可使其成長至性成熟的存活率減低至78%，其他品系卻只有40%。Muir認為要正確地評估基因改造魚對環境造成的威脅，必須對各別的遺傳品系分別做分析。他們無法確切知道所有的原因，僅知道每一種基因改造的品系有其各別的特性。

 

由於科學上的不確定性太多，因此需要有更多的實驗才能下結論。可是這些並非一般的實驗，所需的費用相當高。Muir將以水族館的環境，對於不同的生物特性及參數做研究，以比較基因改造魚與野生魚的差異，並利用電腦模擬基因改造魚對野生族群的影響。Devlin則打算在實驗中模擬河流的狀況，最好是能夠在野外進行這項試驗，其可能的方法是圍堵一段河流，以防止基因改造魚逃脫，這樣的方法是否可行，仍然未知，因為任何故意釋放基因改造魚至環境中的相關實驗，都會招致很大的爭議。

 

美國食品及藥物管理局主要的工作是，檢驗基因改造鮭魚是否適合人類食用、生長荷爾蒙基因是否對野生鮭魚有害、以及其對環境影響的評估。他們堅持要先看到實驗數據後，才考慮是否核准Aqua Bounty Farm 的基因改造鮭魚上市。因為有太多的不確定性，很多生態學家認為『安全第一』的原則是必要的。Kapuscinski甚至要求，基因改造鮭魚必須要養殖於隔離的人工魚池，以防止其逃脫至野外。對於鮭魚養殖者，這些措施可能會造成經濟上的負擔。雖然基因改造鮭魚可以快速地達到市場所需的大小，但是，飼養時的花費要多少，仍然不清楚。另一方面，雖然Aqua Bounty Farms大肆宣稱，他們的基因改造鮭魚在飼養時是非常佔優勢的。但是，若要以Kapuscinski建議的方式飼養的話，其費用會相當高，如此將嚴重地影響其在市場上的優勢。

 

Aqua Bounty Farms猜測，美國食品及藥物管理局將會要求他們，只飼養那種失去正常生殖能力、帶有三套染色體的雌性鮭魚。無生殖能力的篩選雖然是非常的便宜，但是在飼養場地方面，若以法律禁止基因改造鮭魚養殖場建在海岸附近，將會引起很多爭議，因為，目前大西洋鮭魚的生產，幾乎都限定在海洋的圍欄內。Fletcher認為，除非基因改造鮭魚有很明顯的養殖優勢，否則，規模大型的養殖場是不太可能會轉移到內陸地方經營，因為其抽水系統與經營費用將會相當昂貴。

儘管如此，Elliot Entis (Aqua Bounty Farms的執行長)仍然持非常樂觀的態度，他認為，即使美國食品及藥物管理局實施基因改造鮭魚在海岸養殖的禁令，但以長遠的眼光來看，基因改造鮭魚在經濟上仍然會是一可行的方法。聯合國糧食暨農業組織(The UN Food and Agriculture Organization)預計，在未來十年，全球海產的量將會增加超過兩倍。但是，因為各種魚病散播、棲息地之改變、海水污染、以及從養殖場逃脫的魚等種種原因，沿海地區的海產養殖正在破壞生態(8)。因此，Entis相信養殖場最終必須要由沿海地區轉移到內陸魚塘。如果事實如此的話，能夠快速生長的基因改造鮭魚，可能就會成為工業界所需要而最具經濟上競爭力的魚。∮

 

 

參考文獻：

 

1.  Hew, C. L., Fletcher, G. L. & Davies, P. L. J. Fish Biol. Suppl. A47, 1-19 (1995).

2.  Muir, W. M. & Howard, R. D. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 96, 13853-13856 (1999).

3.  de la Fuente, J., Guillen, I., Martinez, R. & Estrada, M. P. Genet. Anal. Biomol. Eng. 15, 85-90 (1999).

4.  Devlin, R. H. et al. Aquaculture Res. 30, 479-482 (1999).

5.  Abrahams, M. V. & Sutterlin, A. Anim. Behav. 58, 933-942 (1999).

6.  Farrell, A. P., Bennet, W. & Devlin, R. H. Can. J. Zool. 75, 335-337 (1997).

7.  Stevens, E. D., Sutterlin, A. & Cook, T. J. Can. J. Fisheries Aquat. Sci. 55, 2028-2035 (1998).

8.  Naylor, R. L. et al. Nature 405, 1017-1024 (2000).