2010年8月29日 星期日

小麥(Wheat)的產量已經到頂了嗎?

Has Wheat Peaked? - ScienceNOW

雖然最近已經把小麥(wheat)的基因體(genome)給定序完成,但是從1974年開始,任何品種改良的措施卻已經不能再讓小麥的產量上升了。

要讓作物產量上昇一般來說就是兩個方法:一個是在單位面積種更多的作物,另一個方法就是透過品種改良,讓作物在最佳時間成熟、可以抵抗病原、或是挑選可以把更多能量轉移到產生穀物的品種。


為什麼小麥的產量不能再上昇了呢?研究者說,原因之一是病原總是演化得更快;另一個原因則是所謂的「基因瓶頸效應」(genetic bottlenecks)。舉例來說,當初育種學家挑選了矮莖的小麥,因為這種小麥會用比較少的能量去長莖,所以可以把這些能量轉移去產生麥粒;在做這個選擇的同時,高莖的小麥裡面「所有的」基因,就完全被排除在現代農夫栽種的小麥的基因組合之外了。


當然讀者可能會說:那就再把高莖的小麥找回來雜交啊!說起來容易,但是經由雜交選種是浩大的工程,育種學家們由1959年開始努力的選種雜交出「理想的」小麥品種,如果現在要再去找高莖的小麥來跟現代農夫栽種的小麥雜交,這中間要投入的人力物力相當龐大,而且當初高莖的小麥,不就是因為產量不如人才被摒除在外嗎?現在要再把它找回來加入現代小麥的基因組合不是不可能,但是中間所牽涉到的龐大的人力物力,如果沒有拿到研究經費是不可能做的,而要去說服主管機關(如農委會或國科會,或是USDA和NIH)提供經費做看起來很可能不會有結果的研究,更是難上加難。


所以目前所能做的,既然育種已經不能產生產量更高的小麥,而有鑑於玉米跟大豆的經驗,小麥農夫們並不想去嘗試轉殖小麥(目前也沒有,因為現代農夫栽種的小麥不是四倍體就是六倍體,基因實在太複雜了),就只剩下改良耕種的技術,來提高單位面積的產量了。


定序完一個生物,就真的能夠掌握他的一切嗎?不,困難的工作才剛開始哪!

2010年8月26日 星期四

全世界最小的青蛙

ScienceShot: The Smallest Frog in the Old World - ScienceNOW

全世界最小的青蛙,但是卻有很好的肺活量。

Microhyla nepenthicola的長度大概在10.6 to 12.8 mm之間,他們生活在Nepenthes pitcher plants(一種豬籠草)上,因為豬籠草的表面滑溜溜(有蠟),可能是這樣導致這種青蛙的第一根腳趾及蹼都呈現退化的現象(可以抓得更穩)。

天下無奇不有....

2010年8月25日 星期三

鶲鳥的流行歌

ScienceShot: That Birdsong Is So Five Minutes Ago - ScienceNOW
以為只有人會趕流行,今年裙子長,去年裙子短,還是今年流行Bassa Nova,去年流行Jazz嗎?

一群科學家研究麻省的一種鶲鳥(chestnut-sided warblers)發現,鶲鳥有兩種歌,一種是求偶的,另一種是與其他雄性鶲鳥爭地盤唱的;19年來的研究發現,求偶的歌曲數十年如一日,但是爭地盤的歌曲很少流行超過七年,大部分的都是年年更換。

不知道鶲鳥今年流行的是哪一種曲風?

2010年8月22日 星期日

蒼蠅怎樣飛?

You Are Now Free to Move About the Insect - ScienceNOW

不管你覺得蒼蠅/果蠅有多討厭,但是他們是不折不扣的空中霸王。他們可以在一秒內急轉彎躲開你的手/蒼蠅拍,那並不是很容易達成的任務。

但是蒼蠅是怎樣決定要飛多高?過去有人提出Optic Flow Model,說當在高處飛行的時候,地面看來是靜止的,如此一來蟲蟲們無法知道到底飛多遠;所以牠們不會飛太高,因為這樣容易撞到。聽起來好像還蠻合理,但是卻無法解釋一些觀察到的現象。

為了瞭解果蠅如何決定牠們的飛行高度,加州理工學院的Dr. Andrew Straw建造了一個風洞,將果蠅放在裡面然後拍攝果蠅們的飛行行為。

一開始他們先測試Optic flow model是否正確。當果蠅起飛後,他們在地上打出光線的條紋,並且讓這個條紋跟著果蠅一起移動。這樣會讓果蠅有種錯覺:地面沒有在移動。如果optic flow model是正確的,果蠅應該會飛低一點,好讓自己能更正確的掌控飛行的距離。結果是:果蠅們不為所動。

接著他們在風洞的牆上投射陰影。沒想到陰影有多高,果蠅就飛多高!

科學家們推論這是因為:果蠅們利用牆上的陰影來偵測家具的高度,這樣要降落的時候,才能夠很快降落。

有趣的是,之前觀察蛾(moth)發現蛾也會利用牆上的陰影來決定自己飛行的高度。所以,或許所有的飛行昆蟲都使用類似的機制?

下次看到蒼蠅/果蠅的時候,留意一下他們的飛行高度,是否跟附近的物體的高度有關喔!

塑膠都去哪裡了?

Where Has All the Plastic Gone? - ScienceNOW

還記得大海中的「塑膠之島」( the Great Pacific Garbage Patch)嗎?在美洲大陸的另外一邊,也有很多小小的塑膠顆粒漂浮在大西洋中間,漂浮物的面積大概有2/3個美國那麼大。

來自於麻省(Woods Hole, Massachusetts)的SEA (Sea Education Association) ,從1986年起就開始帶領學生進行一系列的研究,利用撈捕浮游生物(phytoplankton)的細網在大海中拖行2公里,然後把撈到的塑膠用夾子(tweezers)夾出來,並定量。


22年中他們進行了6136次的拖行,超過60%的拖行中都找到塑膠,主要是polyethylene and polypropylene(購物袋跟牛奶罐的主要原料)。


但是讓他們很訝異的事情是,這二十幾年來塑膠的量並沒有增加。乍聽之下好像是好事,但如果去看這二十幾年來生產及拋棄的塑膠製品的數量增加了數倍,面對這個數據我們就不禁要問:塑膠都去哪裡了?


畢竟塑膠不是水,可以蒸發,所以作者提出幾個可能:


一、塑膠已經分解為極小的顆粒,小到連用來抓浮游生物的網子都抓不到。
the plastic might disintegrate into pieces too small to be caught in a net. 
二、塑膠顆粒外面被藻類覆蓋後,下沈到海底。
Algae-coated pieces might sink to the sediments.
三、塑膠被浮游生物,或是魚類吞食。
The plastic could be eaten by plankton or fish.


不管是哪一個可能,或是通通都發生,這些都不是好事。


所以,現在我們需要繼續去追蹤塑膠去哪裡了?還有,我們要減少使用、加強回收,不要再讓更多的塑膠釋放到地球上...

2010年8月18日 星期三

你相信世界上有僵屍嗎?

世界上不知道是否有僵屍,但是一定有僵屍蟻,而且僵屍蟻在4千8百萬年前就存在了。

Ophiocordyceps這屬的真菌,會感染Camponotus leonardi 這類的螞蟻,神奇的是,在被真菌感染後的螞蟻,會個性大變...他會離開蟻窩,尋找一片距離地表比較近的樹葉,咬下一口,然後死掉。接著真菌的子實體就會從螞蟻的頭部長出來。根據資料顯示, 真菌對於螞蟻的行為完全控制,它會讓螞蟻走到距離地面25公分的樹葉上,而且是植物的北溫度大約20-30度,濕度則是95%~~~最適合真菌子實體發芽的環境。所以螞蟻在遭受感染後,完全忘了自己是誰,只一心想著要找片適合的樹葉咬一口...像不像僵屍?


Ophiocordyceps感染的螞蟻,在葉片背面咬洞。
圖片來源:wiki

由於僵屍蟻在死前咬樹葉的痕跡非常特別,連在化石上都可以看得一清二楚,最近有人在一片4千8百萬年前的樹葉上,發現了29個咬痕,顯示僵屍蟻在那麼久以前就有啦!


化石葉片背面的咬痕。圖片來源:Biology Letters

在七月討論這樣的題目,會不會覺得有冷風吹過?

參考文獻:

ScienceShot: Zombies Thrived on Ancient Earth - ScienceNOW

David P. Hughes, Torsten Wappler, Conrad C. Labandeira. 2011. Ancient death-grip leaf scars reveal ant–fungal parasitism. Biology Letters.  DOI: 10.1098/rsbl.2010.0521

2010年8月12日 星期四

焦慮從何而來?

The Makings of an Anxious Temperament - ScienceNOW

超害羞又容易焦慮的小孩,長大以後會比較容易有焦慮症(anxiety disorder),也會比較容易尋求酒精或藥物來協助他解脫。只是,容易焦慮到底是天生的,還是後天的?

容易焦慮的孩子,在遇到陌生人或是感覺到有威脅時,會呈現「定格」(freeze up)的狀態;科學家發現,有些猴子在陌生人接近籠子卻不看著牠時(human intruder test),也會定格(stress hormones會上升)。威斯康辛大學麥迪遜分校的心理學家Ned Kalin以及他的團隊,由1500隻實驗室裡的恆河猴( rhesus monkey)中,觀察了238隻有詳細記載族譜(pedigree)的小猴,觀察他們對human intruder test的反應,然後再進行PET scan。


結果發現,那些在human intruder test中會定格的小猴子們,腦中的杏仁核(the amygdala)以及下視丘前葉(the anterior hippocampus)的活動提高,這並不是什麼新聞,因為之前在老鼠跟人裡面也看到類似的結果。


有趣的地方是:因為這些小猴的族譜都很清楚,所以科學家把觀察到的結果再加上族譜分析,發現:下視丘前葉的在焦慮時活動上升的現象是來自於遺傳,但杏仁核的活動則與遺傳無關。


到底是哪個(或哪些)基因影響到下視丘前葉在本文中描述的活動呢?


以前就知道害羞(shyness)這種個性是會遺傳的,不知道害羞跟這裡提到的「超級害羞」以及容易焦慮有關嗎?

2010年8月11日 星期三

絕對不是口臭,哈

ScienceShot: Humid Breath Fells Insects - ScienceNOW

為什麼羊一靠近植物,植物上面的蚜蟲(aphid)就紛紛跌落?當然他們不想被吃掉,但是他們是感應到羊的什麼?口臭嗎?


有人決心要找出原因,所以就對植物上的蚜蟲噴灑二氧化碳(CO2),以及其他在吃草的動物的「口氣」裡找得到的分子...都沒用。


當他們對著蚜蟲噴灑濕熱的空氣時,2/3的蚜蟲由植物上跌落。


所以,是「口氣」裡面的水氣,而不是口臭喔....酷吧。

2010年8月4日 星期三

防止生物科技公司成為生物武器的代工廠

Panel Recommends Defining Select Agents by DNA Sequence - ScienceInsider

合成生物學(synthetic biology)目前已經發展到:對於簡單的生物(病毒),只要可以用DNA 合成機(oligo synthesizer)把整個基因體的序列合成出來,就可以做出一隻活的病毒。

但令人擔心的是:如果有人合成伊波拉(Ebola)病毒呢?或是天花(smallpox)?

美國國家科學院(National Academies)在最近表示,他們正著手研發一個系統,可以協助鑑定出合成的序列是否來自於高危險性的生物,以免生技公司淪為製造生物武器的代工廠商。

老葉猜想,這個系統應該是要裝在oligo synthesizer裡面,當工作人員輸入序列時,如果比對出來是Ebola, smallpox或anthrax等具有高危險性的生物,系統就會辨識出來,拒絕合成。而這時,生技公司應該要報警吧?

就像目前的彩色影印機都有內建程式,如果拿鈔票去影印,是印不出來的。

貓鼬的生日派對

ScienceShots: Why Mongoose Moms Synchronize Births - ScienceNOW

科學家觀察到,同一群貓鼬(mongoose)幾乎都在同一天產下他們的小貓鼬,難道真的是為了未來可以有個大party嗎?

觀察研究的結果顯示,比別人早出生的小貓鼬,有三成的機會會被其他正在待產的貓鼬媽媽殺掉,因為其他的貓鼬媽媽不想讓這個early bird佔盡所有的資源。

而比別人晚出生的小貓鼬,會因為資源都已經被早出生的小貓鼬佔去,所以長得不好。

跟大家同一天出生的小貓鼬,因為其他的貓鼬媽媽也在忙著照顧自己的小baby,所以不會被殺掉。

科學家覺得,這是不是為何同住在一起的人類女性,月經都會在差不多時間來的原因呢?