2011年12月31日 星期六

不是神經線太緊,而是DNA繞太緊,造成精神分裂(schizophrenia)

epigenetics (附基因調控)指得是由非遺傳因子所引起的表現型(phenotype)差異。科學家從單純的以為基因序列可以決定一切,到意識到有不少生物的表現型其實不由基因序列來決定,這中間也花了相當多的時間。

最有名的是發生在第15號染色體長臂q11-13段缺損的遺傳疾病。如果小孩得到的缺損染色體來自父親,則會有帕得-威利氏症(Prader-Willi syndrome, PWS,從一歲開始就會無節制地飲食、髮色較淡、杏仁眼、性功能發育不全、發展遲緩)(1),當缺損染色體來自母親時,則會有Angelman syndrome(AS,臉上常有笑容、缺乏語言能力、過動、癲癇、智能低下)(2)。

這些年的研究發現,亨氏舞蹈病(Huntington's disease)以及帕金森氏症(Parkinson's disease)應該也都是在附基因調控上出了問題。最近加入這個陣容的是精神分裂症(schizophrenia)。

Scripps研究所的研究員Elizabeth Thomas發現,精神分裂症的病人,他們腦中的某些組織,因為不明原因使得這些組織中染色體上的組蛋白(histone)乙醯化(acetylated)的程度明顯地降低(3)。

當這些組蛋白未被乙醯化的時候,這些染色體就會保持繞緊的狀態無法打開,這使得這些染色體上的基因無法表現;Thomas博士認為,這是導致精神分裂症的關鍵。

同時Thomas博士也發現,一樣在精神分裂的病人中,組蛋白低度乙醯化的現象,在年輕的病人裡面,比老年的病人要更嚴重。如果組蛋白乙醯化的程度的確與精神分裂症有關,未來應該可以開發新的藥物來調節組蛋白的乙醯化程度,如此或許能更有效治療精神分裂症。

小時候常常聽長輩用「神經線綁太緊」來罵神經兮兮的人,看這篇文章的發現,筆者還真覺得長輩們雖然不懂什麼是附基因調控,但是那句「神經線綁太緊」還真是非常的有道理呀!

參考資料:

1. Wikipedia. 2011/12/27. Prader-Willi syndrome.
2. Wikipedia. 2011/12/15. Angelman syndrome.
3. ScienceDaily. 2011/12/28. Brain cell malfunction in schizophrenia identified

猿類(great apes)也能做出複雜的決定

最近由德國Max-Planck研究所發表的一項研究發現,猿類(包含兩種黑猩猩、紅毛猩猩、大猩猩)能在衡量事實後做出對自己有利的決定(1)。
紅毛猩猩(orangutan) 圖片來源:ScienceDaily

在研究中,這四種猿類會先看到一大一小的兩塊香蕉;然後他們把大的香蕉藏在藍色的容器裡;小的香蕉藏在黃色的容器裡。總共有一個黃色容器、四個藍色容器。因此,猿類很快就知道打開黃色的容器一定有香蕉吃,但是因為藍色的容器有四個,所以不見得能猜中(2)。

研究團隊發現,如果讓這些猿類看著他們把大的香蕉藏好(也就是他們應該很清楚大的香蕉在哪裡);則大部分的猿類都會去猜大的香蕉的位置;但是如果不讓猿類看到大的香蕉是藏在哪一個容器裡,則他們就會比較保守。畢竟,如果沒猜中就根本沒得吃。

但是研究團隊也發現,大概有50%的時間這些猿類還是會去猜猜看大的在哪裡;而如果兩塊香蕉的大小懸殊時(這時候,因為賭注增加,代表猜中了獎勵很大),幾乎所有的猿類都會去猜大的香蕉的位置!

研究團隊也發現,四種猿類中,大猩猩(gorilla)比較不敢猜;不過筆者不大同意,因為參與實驗的大猩猩只有三隻,而其他三種猿類至少都有五隻,感覺上三隻好像太少了點,應該只能做為參考。

其實這些猿類跟我們的DNA的差異不大,尤其是黑猩猩(chimpanzee)和巴諾布猿(bonobo)跟我們的DNA差異度僅有1.6%,甚至有人建議他們可以跟我們一起列入人屬(Homo)(3),要說他們真的不會(如上面實驗中的)複雜思考,筆者以為這應該有點太看不起他們吧!

參考資料:

1. Science Daily. 2011/12/29. Great apes make sophisticated decisions
2. Daniel B. M. HaunChristian NawrothJosep Call. 2011. Great Apes' Risk-Taking Strategies in a Decision Making Task. PLoS ONE.
3. Jared Diamond. The third Chimpanzee.

2011年12月30日 星期五

「小」科學論文( 'bite-size' science)的危機

由於能否拿到研究計畫補助,與是否有期刊論文發表有相當大的關係(也就是所謂的Publish or Perish),因此學界莫不爭相發表,造成的影響就是:越來越多的「小」科學論文(只有少少的研究成果及/或樣本數降低的研究)。

「小」科學論文有什麼問題呢?根據利物浦大學(University of Liverpool)的Marco Bertamini以及布里司托大學(University of Bristol)的Marcus Munafò觀察,「小」科學論文由於研究涵蓋的層面不夠廣,使得針對研究成果所下的結論可能有所偏頗;另一方面,如果樣本數量不夠,也會造成收集到的數據的變異性太大,影響到最後分析的結果。

Bertamini博士說,精簡(concise)和簡短(shorter)是兩件事。他說,精簡是好事,但是現在很多期刊也要科學家們把論文的篇幅縮小,產生的影響就是閱讀者無法得知實驗的細節。而依據少少的研究成果所下的結論,常常產生的結論就會是假警報。

另外,多多發表「小」科學論文也意味著科學論文的數量增加,造成科學家們要花更多的時間去閱讀,以使自己能夠跟上最新發現,但是這些新發現是否真的是「新」發現則不無疑問;另一方面,跟不上的時候可能也會造成過度解釋自己的成果。

科學研究應該是可以重複的、研究的結果應該是新穎(novel)的,而不只是「令人驚訝」的(surprising);但是以現在這樣的發表方式來說,很多「令人驚訝」或甚至「新穎」的結果,除了會有相當比例的假警報以外,另外可能也並不「新穎」或「令人驚訝」,可能只是因為科學家本身沒有看到別人的發表(當然這發表也可能有疑問)罷了。而是否能重複,在這樣的狀況下也不無疑問。

Bertamini博士說,原本科學家都會小心地檢視自己的研究成果,並挑出可疑的部分;畢竟他們所受到的專業訓練就是教他們要在不疑處有疑;但是以現在的大環境來說,已經沒有時間和空間讓他們去做這部分了,但是,這樣是好事嗎?

筆者不知道英國的研究經費是怎麼給的,但是美國在筆者在那裡求學的時候,研究經費很少給一年期的,多半都是給3年,但是因為看重論文發表的結果,還是會讓科學家們拼命發表;而台灣常常都是給一年的研究計畫,近年來尤其有越演越烈的趨勢(100年度核定的研究計畫有2/3是一年期),這是否也會造成不良的影響呢?

相信最近許多同行都讀過刊登在華爾街日報上的「醫學研究結果為何難以複製」一文,應該對於其中提到『科學家們提出幾項理論來解釋重現試驗結果為何如此之難。兩個不同的實驗室使用的設備或材料可能略有不同﹐導致結果出現差異。試驗中的變量越多﹐意外發生小錯誤的可能性就越大﹐這些小錯誤會累積起來﹐對試驗結論構成某種影響。』留下了深刻的印象,但是文中也提到『為追求職位和資金﹐越來越多的科學家需要名下有更多成功而不是失敗的試驗﹐在經濟不景氣的時期尤其如此。』,點出了以研究論文來決定是否給予研究計畫的弊病。當然,筆者並不是說不應該以研究論文來作為核給研究計畫的依據(不然要用什麼?),而是當研究計畫只是1-3年期的計畫,期滿申請時又要求要有論文發表,產生的結果當然就是科學家們會盡量把「最近」1-3年內的研究成果擠出至少1篇論文來發表;加上近年來科研人口不斷上昇(光是從2002-2007年就增加了25%),如果不Publish,真的會Perish了。

參考資料:

1. Science Daily. 2011/12/29. The perils of 'bite-size' science

2011年12月28日 星期三

用聖誕卡帶我去月球

聖誕節是西方國家的大節日,總是少不了送禮物跟交換卡片;根據英國皇家倫敦學院(Imperial College London)研究發現,今年英國聖誕節總共用掉了1億5千萬張卡片跟83立方公里的包裝紙。
每年,光是英國一地,為了聖誕節就會產生
三萬八千三百噸的廢紙;包括聖誕卡、
禮物的包裝紙等。圖片:維基百科

如果把這些卡片跟包裝紙拿去發酵,所產生的生質能源足夠送一輛雙層巴士來回月球20次!

英國每年產生800萬噸的廢紙,大約是全國一年用紙量的60%;但其中有一部份並沒有被回收,而是直接送到垃圾掩埋場的。如果可以用酵素將這些廢紙分解、發酵,應該可以產生相當多的生質酒精。

但是,相對於以玉米澱粉為原料的系統,以纖維素為原料的生質酒精製程目前仍有成本偏高問題,這也是專家們極力想要克服的部分。

不過筆者以為:是否可以使用較少的包裝(比方說禮物盒本身看起來就像包裝好的一樣)、使用電子賀卡,尤其現在已經那麼多人有e-mail跟智慧手機,或許電子賀卡應該要更努力去推行,讓聖誕節可以少產生些廢紙,對吧?

參考資料:

1. Science Daily. 2011/12/23. Go to work on a Christmas card: UK's wrapping paper and festive cards could provide energy to send a bus to the moon more than 20 times

2011年12月27日 星期二

全球地下水水位下降

上次在另一篇文章裡提到,世界各地大量抽取地下水灌溉的結果,造成了海平面的上升

最近在美國地球物理聯盟年會上(the American Geophysical Union)發表的一項研究顯示,世界各地的地下水均有下降的趨勢,尤其在加州、印度、中東與中國的部分地區。這些地區都是近年來大肆發展農業的區域。
水井。圖片來源:維基百科

由美國及德國太空總署的研究人員所組成的研究團隊使用兩個大約像車輛那麼大的衛星來偵測地下水,這兩個衛星對於地底下重力的改變特別敏感。由於水會流動,造成偵測的時候會產生有別於固體的信號;研究團隊便是利用液體跟固體產生的信號的不同,辨識地底下是否有地下水,以及地下水的水位。

這個被稱為GRACE(the Gravity Recovery and Climate Experiment)的研究計畫從2002年開始在全球偵測地下水位,在今年的年會中他們披露了多年來收集的資料。對於某些區域(如中國),由於缺乏監測系統,GRACE的數據尤其珍貴。

研究團隊發現,中國東北的地下水位,自2002年到現在,以每年6-7公分的速度下降;北印度近年來由於農業活動加劇,每年抽取18立方公里的地下水--18立方公里是多少呢?足以灌滿超過700萬個標準游泳池!美國加州的中央山谷,由於要負責灌溉全國超過六分之一的農地,每年也要抽取4立方公里的地下水,這也造成了當地的地層持續地下陷。

而中東是另一個近年來地下水位狀況不好的地區,包括沙烏地阿拉伯以及鄰近的國家都大量的從水井中汲取地下水,但是這些地下水是幾千年前下雨累積的,一旦乾涸,以目前該區域極端稀少的年雨量來看,根本不可能補充。

而近年來的氣候變遷使多雨的地方更多雨,乾燥的地方更乾燥;由於近年來地下水位急遽降低的地方多半都是原來就相當乾燥的區域,所以氣候變遷也只會讓情況變得更嚴重。

而科學家們更憂心的是,GRACE計畫只能偵測水位「下降」,並不能偵測到底還有多少地下水可以用;所以雖然他們提出了呼籲,但他們也擔心是否喊得太大聲或是太小聲?但是不管怎樣說,地下水位從2002年到現在都是處於持續下降的趨勢,意味著人類用得太快,長此以往,一定會有用光的一天,不是嗎?

參考資料:
1. ScienceNews. 2011/12/22. Groundwater dropping globally.

2011年12月25日 星期日

乳香(frankinecense)的困境

讀過新約聖經的人,都應該記得耶穌出生後不久,住在東方的博士們拿了乳香、沒藥等禮物來獻給耶穌;乳香是來自於Boswellia這種樹的樹脂,在過去一直都是奉獻給國王的最珍貴的禮物。
圖片網址:ScienceNow

但是近年來科學家們發現這些樹在繁殖上發生困難。

原本他們以為是因為人工採集樹脂造成的,但是當科學家們觀察有被採集樹脂的樹,以及未被採集樹脂的樹,發現在繁殖能力上並無差別。

那麼,是什麼導致這些樹的繁殖問題呢?

科學家們進一步觀察,發現主要是因為放牧的牲畜,以及longhorn beetle(筆者查了一下,應該是天牛之屬)造成;研究團隊警告,如果現況不改善,15年內乳香的產量會下降50%。

參考資料:

1. ScienceNow. 2011/12/21. ScienceShot: Future of Frankincense Not So Sweet - ScienceNOW

6500萬年前,南極曾經不是企鵝的天下

認為南極一直都只有企鵝嗎?

科學家們在過去已經發現,南極曾經是一片森林,裡面住著armored ankylosaur以及大約有十幾種像鳥一樣大的恐龍。

圖片來源:ScienceNow
最近,他們又發現南極有sauropod,這種恐龍是世界上最大的幾種恐龍之一;雖然目前因為只找到尾骨,所以無法確定是哪一種sauropod,但是這個發現可能意味著附近還有更大的恐龍。

ScienceShot: Giant Dino Lived in Antarctica - ScienceNOW

2011年12月23日 星期五

醫師們,現在是否該洗手呢?

這篇是老葉與分遺100級第三組的同學共同完成的

根據美國APICThe Association for Professionals in Infection Control and Epidemiology, 美國感染控制及流行病學專業人員學會)12月發布的消息,只有21%的醫學生知道何時該進行手部清潔(hand hygiene,簡稱HH(1)
Hannover醫學院的研究團隊,對85位三年級醫學生作了一個測驗:包括七個狀況題,其中五個場景(病人的接觸前、靜脈液的注射前、脫去手套後、接觸病床後、碰觸嘔吐物後)需要正確的手部清潔。

圖片來源:Hand Hygiene Australia

測驗結果顯示,33%的學生能分辨上述五項狀況,而只有21%正確指明七種狀況。
儘管許多數據顯示護理系在HH的分數比醫學系來得高,但醫學系學生仍預期自己一定是分數高的那一方。
研究結果也發現,這些醫學生相信,專業及臨床訓練越高,以及職位越高的醫生,遵守HH規定的比率就越低;這毫無疑問是件值得擔憂的事,畢竟這些高階的醫師是這些醫學生的老師,而醫師的專業訓練很多都是以師徒制在醫院中進行的。
研究團隊認為,如果醫院要提升(也必須要提升)酒精洗手液的使用率的話,一定要讓高階的醫師瞭解到他們是這些醫學生的模範,而且要以身作則才會有效。

其實筆者看到這篇的時候,第一個想到的是:台灣的醫學生,是否知道何時該洗手呢?

附上在CDC(美國疾管局)網站上的手部清潔指導手冊

參考資料:

1. Science Daily. 2011/12/1. Two out of three medical students do not know when to wash their hands

2011年12月16日 星期五

為何結核病如此難以治療?

結核病一向是非常難以治療的疾病,雖然大部分的人對結核桿菌(Mycobacterium tuberculosis)有抵抗力,但是大約有10%的受感染者會發展成結核病,這時候就需要服用至少四種抗生素至少半年到一年:主要是異煙肼(isoniazid), 結合利福平 (rifampin), 乙胺丁醇(ethambutol)吡嗪酰胺 (pyrazinamide)。由於需服用的藥物種類太多,且療程又太長,所以病人常常半途而廢,不但造成治療功虧一簣,也加速了抗藥性菌株的演化。


過去一項認為結核桿菌之所以這麼難殺死是因為它分裂的慢;筆者還記得以前在醫院實習時,培養結核桿菌要連續培養半年,每隔一段時間觀察是否有細菌生長,直到半年以後培養基上都沒有細菌才可以發報告。但是最近發表在「科學」(Science)期刊上的研究成果,顯示了結核桿菌之所以這麼難以消滅,其實是因為他們有高度的個體差異。而這個個體差異來自於他們的細胞分裂機制:不對稱分裂(asymmetric division)。


一般我們認為細菌分裂都是所謂的二分裂(binary division),產生兩個一模一樣的子代。


細菌的二分裂。圖片來源:Campbell Biology, 8e.
由於兩個子代具有一模一樣的遺傳基因,所以他們在所有的特質上也都一模一樣,同時,也跟他們的親代一模一樣。這樣繼續分裂下去,在組織培養基上就會產生一個菌落(colony),整個菌落的數百萬顆乃至數億顆細菌,都是一模一樣的。


或許(絕)大部分的細菌是這樣繁殖的,但是哈佛的研究團隊發現,分枝桿菌(Mycobacterium)並不是以二分裂繁殖,他們是靠著不對稱分裂來繁殖,而不對稱分裂產生的結果就是:子代與親代有差異,不僅是在繁殖速度上有差異,連對於抗生素的敏感度也有差異。


研究團隊先用螢光標記分枝桿菌的細胞壁,由於新的細胞的細胞壁不會有螢光標記,這讓研究團隊可以清楚地看到新的分枝桿菌如何產生:一別於大腸桿菌(E. coli)的二分裂,分枝桿菌是經由桿菌的一端(pole)長出新的分枝桿菌,剛開始長得比較慢,等到細胞慢慢成熟後,它的成長速度開始加快。這樣慢慢由其中一端長出新的細菌造成的結果是:最後有一串細胞連在一起,但是它們在生長速度以及對抗生素的敏感度上都各不相同。


Mycobacterium tuberculosis
人類對抗結核病已經說不清楚多少年了,不論是歐洲、亞洲,史書上都有結核病的記載;原本以為隨著公共衛生的進步以及醫藥的發達,這個疾病應該可以像天花、小兒麻痺一樣地從地球上抹去,成為教科書的名詞;卻沒想到他頑強地繼續存留在世界上,而且最近這些年還有捲土重來的態勢。


哈佛研究團隊的發現,只能說我們對於這些在我們身旁的老友們(另一位老友是瘧疾)實在是太輕忽了,以致於從來不曾留意它們有多獨特,這次能有這樣的發現,除了幸運(研究團隊的主將是Sarah Fortune博士),好像也沒其他的好說了?


參考資料:
1. Science Now. 2011/12/15. Why Tuberculosis Is So Hard to Cure - ScienceNOW

2011年12月14日 星期三

每年施打流感疫苗是否會影響對新型流感的免疫力?

這篇文章是由筆者與分遺系100級第五組的同學合力完成的

一篇發表於“Journal of Virology”報告顯示,接種疫苗可能會干擾小孩的殺手 T 細胞的發展,影響對抗新型流感的能力(1)。
圖片來源:維基百科


荷蘭研究團隊分別收集定期接種疫苗的cystic fibrosis(囊狀纖維化,一種遺傳疾病:患者由於第七對染色體長臂上CFRT (cystic fibrosis transmembrane conductance regulator) 基因的缺陷,造成呼吸道、胰臟、腸胃道、汗腺等外分泌腺體器官的功能異常。這個基因缺陷會導致腺體的上皮細胞無法正常分泌氯離子與異常增加鈉離子與水分的再吸收,因而造成黏液水含量減少,導致分泌物變得黏稠,無法順利排出,因此細菌容易殘存,而增加感染跟發炎的危險。(2))的小孩以及未接種疫苗的小孩的血液樣本;觀察殺手T 細胞,發現大多數未接種疫苗的孩子中發現killer T cell數量隨著年齡上升,定期接種的則沒有這樣的現象,顯示疫苗接種可能對殺手T細胞的數量提升上造成干擾。
殺手T細胞會直接去辨認不同的流感病毒中都有的蛋白質,而流感疫苗能誘發的抗體主要是針對演化較快的蛋白質。

由於大部分國家建議高危險的族群每年接種流感疫苗,以防止季節性流感,減少季節性流感的發病率及死亡率。某些國家甚至建議大於6個月的小孩每年都要接種疫苗;荷蘭的研究團隊的結果點出這個政策潛在的危險性。雖然每年接種流感疫苗可以有效的對抗季節性流感,但可能使人們遇到新的流行病時顯得更沒有抵抗力。



但是筆者對於研究團隊選了有囊狀纖維化的病人與健康的人作為對照覺得有些疑問。由於有這個遺傳疾病的病人的呼吸道特別容易受到感染,所以他們每年一定會打流感疫苗,在原來的論文裡面也提到了是因為這點所以選擇了囊狀纖維化的病人;但是難道CFRT突變對於免疫系統都不會有影響嗎?筆者查了一下資料似乎是看不出來,但是應該也能夠找到每年認真打疫苗的健康的小朋友不是嗎?選擇囊狀纖維化的病人與健康的小朋友作對照,感覺上總覺得這個研究作得不夠完整,好像還可以更好一些。不知道有沒有CF的專家可以釋疑?


參考資料:
1. ScienceDaily. 2011/11/16. Annual childhood flu vaccines may interfere with development of crossresistance
2. 疾病資料庫。囊狀纖維化

2011年12月10日 星期六

蠢動含靈皆有佛性,科學家如是證明

同理心(empathy)是人性中最可貴的特質之一,它讓我們看到其他人受苦難時能感同身受,進而助人。但是,究竟同理心是人類獨有的特質,還是生物所共有的天性之一呢?

2006年的研究發現,老鼠看到同伴受苦時,也會有「情緒傳染」(emotional contagion)的發生。例如如果在一隻老鼠的爪子上注射會讓他疼痛的藥劑,牠的同伴也會舔自己的爪子(1)。

但是最近在芝加哥大學的研究有了更驚人的發現(2)。芝加哥大學的研究團隊發現,當他們把老鼠關在透明的小籠子裡的時候,老鼠會因為空間太狹小而發出高頻率的叫聲。由於這個小籠子是透明的,所以牠的室友不只會聽到牠的尖叫,也完全可以看到牠的狀況。
圖片擷取自 ScienceNow

然後他們將那個透明的小籠子裝上一個特別設計的門,只有外面的老鼠可以把它撞開。結果發現有75%的老鼠在一週內學會了如何開門(影音連結);但是在一樣有小籠子的狀況下,如果籠子裡沒有老鼠,則只有六分之一的老鼠學會開門。他們重複這樣的測試一個月,確認老鼠開門是因為「牠想要開」而不是單純的好奇。

更令人不敢相信的是,當科學家進一步放了另一個一模一樣的小籠子,但裡面放了五片巧克力餅乾,在同伴跟餅乾之間,大部分的老鼠還是選擇了同伴;即使先打開餅乾的老鼠,有超過一半也會留下一兩片給失去自由的同伴。

這個實驗證明了同理心不是人的特質,而是所有生物都具備的天性。佛陀不也在很多很多年前就說過了嗎?「蠢動含靈皆有佛性」,人不能只是因為沒看過動物表現這樣的行為,就斷定動物是傻的、呆的、遠遠不如人的。

筆者想到大學剛畢業時遇到的一位同事。當時那位同事的工作是取出鴨子的眼珠,研究鴨子的眼睛裡到底有多少種蛋白質。為了這個實驗,同事買了20多隻兩週大的小鴨。

可愛的黃毛小鴨們被放在一個大紙箱裡,同事把他們一隻隻抓起來犧牲;抓到最後三隻時,不可思議的事情發生了。殘存的小鴨中有一隻比其他兩隻要大,他竟然張開牠那小小的翅膀,護著另外兩隻小鴨躲在紙箱的角落,不讓我的同事去抓他們。小鴨是那麼的幼小,但牠不但努力的用翅膀保護牠的同伴,還發出呱呱的叫聲,不讓我的同事靠近。

筆者當時親眼目睹這件事發生,心理受到的震撼很大;這或許也是後來筆者一直沒有用動物作實驗材料的緣故。誰說這些蟲魚鳥獸沒有佛性?

參考資料:

1. D. J. Langford, S. E. Crager, Z. Shehzad, S. B. Smith, S. G. Sotocinal, J. S. Levenstadt, M. L. Chanda, D. J. Levitin, and J. S. Mogil. 2006. SocialModulation of Pain as Evidence for Empathy in Mice. Science 312: 1967-1970
2. Science Now. 2011/12/8. Rats Feel Each Other's Pain - ScienceNOW

2011年12月9日 星期五

酒精成癮症與多巴胺D2受體基因的關連

最近發表在Alcohol and Alcoholism期刊上的研究發現,酒精成癮者如果還帶有特定的多巴胺基因變異的人,早死的風險較一般人高(1)。

研究者在哥德堡酒精研究計畫(GARP)中發現,當酒精成癮者帶有特定的多巴胺D2受體基因變異(TaqI A1)時(2),早死的風險是一般人的十倍。同時,這些人即使經過治療,酒精成癮復發的可能性也較高。

這個研究顯示了特定的基因變異對於人類的某些「不良嗜好」的影響。

參考資料:

1. ScienceDaily. 2011/11/15. Gene impedes recovery from alcoholism, Swedish research finds
2. A. Dahlgren, H.-L. Wargelius, K. J. Berglund, C. Fahlke, K. Blennow, H. Zetterberg, L. Oreland, U. Berggren and J. Balldin. 2011. Do Alcohol-dependent Individualswith DRD2 A1 Allele Have an Increased Risk of Relapse? A Pilot Study. Alcohol and Alcoholism 46(5):509-513

2011年12月8日 星期四

洛杉磯商業區溝鼠的跳蚤帶有人類病原

這篇文章是由老葉與分遺系100級第七組同學合力完成的

自古以來有人就有老鼠。
在大都市裡面不難發現他們的蹤影,但是他們同時也在人類的歷史上留下「臭名」;中世紀在歐洲令人聞之色變的鼠疫(黑死病)當時的紀錄光是挪威就死掉一半的人口。
目前已知鼠疫應該是來自於亞洲,沿著絲路西傳到歐洲。在鼠疫神秘的消失以後,有些疾病(如漢他病毒hantavirus、隱孢子蟲病cryptosporidiosis、弓漿蟲症toxoplasmosis)仍藉由家鼠(Rattus norvegicus溝鼠、褐鼠,大都市裡最主要的有害動物)來傳播(1)。但是筆者要強調的是,令人聞風喪膽的鼠疫並非經過家鼠傳播,而是由其他種類的老鼠身上的鼠蚤來散佈的。

圖片來源:維基百科
根據環境和應用微生物學雜誌上的報導(2),大部分在加州洛杉磯的商業區老鼠身上的跳蚤帶著Bartonella屬的細菌,其中很多是人類病原。
研究團隊裡的Sarah Billeter說,他們已把調查範圍縮小Xenopsylla cheopis這種跳蚤,因為這種跳蚤會寄生在溝鼠身上,同時也會咬人類;過去傳播鼠疫的跳蚤也是牠。

Bartonella是革蘭氏陰性菌,感染紅血球和血管內皮細胞,其中超過半數會造成人類的疾病。研究團隊發現在採集到的跳蚤中有百分之七十二有B. rochalimae,B. rochalimae曾經使一個從祕魯度假回來的人生病,症狀包括發燒、失眠、噁心、頭痛、輕微的咳嗽以及反複的發燒、脾腫大和貧血。 另外也曾經造成一隻狗的心內膜炎。

在其他的跳蚤身上找到B. tribocorum ,一個可以在世界各地(包括法國)的齧齒目動物身上找到的細菌;這細菌最初是從一個發燒的泰國人身上找到的. 但是目前還不知道B. tribocorumis是否會導致人類疾病。
從公共衛生的角度來說, 因為溝鼠跟人類還有寵物會有近距離接觸的緣故,確定溝鼠是否是人畜共通的Bartonella spp的帶原者是很重要的。當然,除了確認溝鼠是否是帶原者以外,研究者也很想知道究竟X. cheopis是否可以把病原散佈到人身上。


參考資料:

1. Wikipedia. 2011/11/24. Brown rat.
2. ScienceDaily. 2011/11/16. Fleas collected from Norway rats in downtown Los Angeles carry human pathogen

2011年12月3日 星期六

畜牧業對微生物生態的影響,可能超出你我的評估

圖片來源:Science Now
在大學/研究所學分生/微生物時,提到微生物之所以可以對抗生素產生抗藥性時,總是會提到質體(plasmid)這個獨立於細菌染色體之外的小分子核酸(nucleic acid)。由於抗藥基因幾乎都是位於質體上,使得不同細菌可以互通有無,加上人類大量的使用抗生素,於是具有抗藥性的細菌就越來越多了。

當然,我們在大學或研究所時,老師也都會告訴我們,這些質體對細菌來說是額外的負擔,所以在沒有抗生素的情況下,細菌(應該)會很快就拋棄質體,回復自己本來不具有抗藥性的面貌。

至少,我們都是這樣相信的。

但是最近在加拿大的McGill大學的一項歷時超過兩年半的研究,推翻了這個想法(1)。

大量使用抗生素並不是「人醫」的專利,由於現代畜牧業需要在有限的空間裡大量飼養動物,擁擠的環境使得動物較容易經由接觸到其他動物罹病,而考量獲利也使得牧場的場主在動物小的時候就會施打抗生素(最常用的是泰樂菌素tylosin 以及氯四環黴素chlortetracycline)作為預防幼小動物罹病的機制,讓六畜可以快快興旺,農夫可以財源滾滾。

但是長期(50年)使用卻讓科學家在農場中發現了抗藥菌株;於是他們在兩年多前決定,讓大學的農場不再使用任何抗生素,來觀察是否這樣做可以讓抗藥菌株消失。

結果令科學家們跌破眼鏡。雖然大學的農場在超過兩年半的時間內都沒有使用任何抗生素,但是他們仍然在農場裡的豬體內分離出具有抗泰樂菌素以及氯四環黴素的菌株。而且有70%-100%從豬體內分離出來的細菌都有抗藥性。

為何都已經這麼久了,細菌還沒有拋棄掉質體呢?科學家們猜測,可能是因為質體內還有其它的基因對細菌的生存有幫助。

雖然屠宰場都能把他們的工作做到盡善盡美,所以屠體受到抗藥菌株污染的機會並不大,但是由於農人們有使用豬糞做為肥料的習慣,因此在農場上的豬體內的抗藥菌株還是有可能會隨著排泄物釋出到外界。

同時,由於氯四環黴素在農場上已經使用超過50年了,科學家也認為可能要進行田野調查,看看現在外面的細菌有多少帶有抗氯四環黴素的抗藥性。

只能說,人類為了滿足自己,在很多事情上面,通常都是「做了再說」,也不會去想到任何可能的影響;當然,人類對周遭的環境的無知,也造成他們無法(或不願?)去預估這個影響;現在,當我們的「先享受後付款」的想法已經開始回來反咬我們的時候,我們是否在未來需要更審慎,以免繼續引火自焚呢?

參考資料
1. Science Now. 2011/12/2. Drug Resistance Loiters on Antibiotic-Free Farms - ScienceNOW

2011年12月1日 星期四

讓作物可以抗殺草劑,真的是萬靈丹嗎?

沒有下田的人不知道在田間工作要花多少力氣除草;夏天的時候在亞熱帶的台灣,真的可以體會「草盛豆苗稀」是多麼的令人傷感。

由於雜草多半進行C4代謝,因此他們都比農作物(大豆、稻米、小麥)要耐旱、長得也更快,造成農夫必須要耗費相當多的時間在除草上。

2,4-D (二,四-地)在1946年問世。身為世界第一個殺草劑,這種人造的生長素(auxin)選擇性的作用在雙子葉植物上(1)。由於單子葉植物會吸收2,4-D之後將它代謝掉,使得在相同濃度下噴灑2,4-D時,雙子葉植物會因為不協調的快速生長而死亡(1,2),但是單子葉植物卻平安無事;於是2,4-D便被大量的被應用在稻田、麥田(稻、麥都是單子葉植物)中來去除雙子葉的雜草。

當然,對於單子葉的雜草還是要另外想辦法除去,而在1990年代初期,另一個殺草劑:嘉磷塞(glyphosate)讓整個系統出現了天翻地覆的變化。

glyphosate 圖片來源:維基百科
glyphosate抑制植物內的一個酵素:EPSPS (5-烯醇丙酮莽草酸-3磷酸合成酶)(1),使得植物無法合成三個必須氨基酸(苯丙氨酸phenylalanine, 酪氨酸tyrosine, 色氨酸tryptophan),造成植物死亡。由於動物不具有EPSPS,也不能合成這三個氨基酸(我們要靠飲食攝取),所以glyphosate對人沒有影響,算是相當安全的殺草劑。

其實嘉磷塞在1970年代便已問世,但是直到1990年代初期,它一直沒有被廣泛的使用,主要是因為它是所謂的「全效性」的殺草劑。任何植物只要噴上它,24小時內一定往生。

但是1990年代孟山都(Monsanto)將他們在細菌裡發現的的EPSPS殖入植物後,發生了天翻地覆的變化。由於這個細菌的EPSPS不會被嘉磷塞抑制,這使得帶有細菌的EPSPS的轉殖植物不會被嘉磷塞殺死。這麼一來,種植抗嘉磷塞(Roundup-Ready)轉殖作物的農夫可以盡情的在田裡噴灑嘉磷塞,不必擔心玉石俱焚的問題。

但是最近這幾年開始有了轉變。抗嘉磷塞的雜草在田裡出現,世界各地的農田都發現了10種以上的「超級雜草」;雖然孟山都不斷的強調,嘉磷塞還是可以殺死絕大部分的雜草,但是這些超級雜草都非常難以對付(2)。美國過去幾年來,被抗嘉磷塞的雜草佔據的田地已經擴大了五倍,有些農夫因為這些雜草太頑強,已經放棄耕種。

由於嘉磷塞的光環開始顯得黯淡,其他的生技公司又開始動腦筋了。最近陶氏(Dow)公司已經研發出了抗2,4-D的基因,並打算將這個基因轉殖到作物中,走孟山都的模式來販賣。
2,4-D 圖片來源:維基百科

但是,最近發表在「植物期刊」(The Plant Journal)上的一篇文章,或許是在提醒我們,我們不只是對於我們自己瞭解的不夠,對於我們周遭的生物瞭解的也不夠(3,4)。

由Peer博士領軍的研究團隊,發現植物中的ABCB4運輸蛋白可以吸收2,4-D。

先前的研究瞭解到ABCB4運輸蛋白的功能是負責在根部把生長素(auxin)往莖部運送。由於生長素可以使植物細胞延長,所以過去也觀察到沒有ABCB4的植物突變株(abcb4突變株)的根毛,因為有過多的生長素而變短。

但是過去的結果也讓一些科學家很納悶:如果ABCB4唯一的功能是負責把生長素往莖部運送,為何在abcb4突變株中,科學家們觀察到,雖然往莖部運輸的生長素少了三分之一到一半,但是在根部的生長素的濃度卻並沒有降低?

Peer博士的團隊發現,原來ABCB4不僅只會把生長素往莖部運送,它也會把生長素「運出」細胞。

而在有2,4-D出現的情況下,2,4-D會干擾ABCB4的功能,使得生長素的運輸受到干擾,造成植物只會把生長素以及2,4-D運入細胞,卻不會往莖部運送;如此一來,植物的根部會因為有過多的生長素,造成根毛變短。

由於根毛負責90%的植物水分以及礦物質的吸收,根毛變短可能會使得植物需要更多的水分與肥料;而農業目前對生態造成的最大的衝擊就是水和肥料的使用。世界上70%-80%的淡水是用在農業灌溉上,而肥料--過度的使用氮肥及磷肥會造成死亡海域的發生,更不用提磷礦即將耗竭的問題。

由於使用對於2,4-D有抵抗力的作物也意味著2,4-D將會在未來被大量的使用,這可能會對我們目前資源已將耗竭的地球壓上最後一根稻草;另外2,4-D也曾被發現跟一些癌症以及硬化症的發生率有關連(1)。

只能說,或許我們真的應該要放棄這些不自然的農法,讓我們真的用心去學習如何與地球好好相處。但是,以目前地球上的人口數目,如果要回歸到自然農法,我們生產的糧食,是否能養活這麼多人呢?

參考文獻:
1. Wikipedia. 2011/11/17. 2,4-Dichlorophenoxyacetic acid.
2. 科學人. 2011/6. 超級雜草
3. Science Daily. 2011/11/22. Herbicide may affect plants thought to be resistant
4. Kubes M., Yang H., Richter G.L., Cheng Y., Mlodzinska E., Wang X., Blakeslee J.J., Carraro N. Petrasek J., Zazimalova E., Hoyerova K., Peer W.A., and Murphy A.S. 2011. The Arabidopsis concentration-dependent influx/efflux transporter ABCB4 regulates cellular auxin levels in the root epidermis. The Plant J. doi: 10.1111/j.1365-313X.2011.04818.x

還史前昆蟲本色

這篇是由老葉以及分遺系一百級第一組與第四組合作完成的

由於生物體在形成化石時可能會經歷加溫及加壓的過程,造成原本具有美麗色彩的生物,成為化石後就「褪色」了。

甲蟲化石 圖片來源:ScienceNow
如上圖的甲蟲化石,從化石上面看起來似乎是黃色跟綠色的;但這個猜測有可能是「非常不正確」的猜測。

為了瞭解究竟史前的生物是否像現代的生物一樣具有絢麗的色彩,耶魯大學的Maria E. McNamara等人在顯微鏡下觀察許多1,500-5,000萬年前的甲蟲化石的鱗片,發現化石形成的過程中這些甲蟲的顏色有朝著紅端改變(red-shift)的現象,例如黃色的甲蟲會變得偏橘色(1)。

找出了通則後,接著McNamara等人又觀察了一隻4,700萬年的蛾的油頁岩化石。由於油頁岩常常可以保存生物化石的完整結構到極細微的地步,這次他們發現這隻史前飛蛾的翅膀,在還原「本色」以後應該是黃色、綠色、藍色與棕色(2):

史前飛蛾的原來面目(左上)史前飛蛾的化石(右下)
圖片來源:ScienceNow
由於這隻史前飛蛾缺少燐光色彩,對照現代飛蛾的顏色後,讓McNamara研究團隊猜測缺少燐光色彩是否是基於偽裝上的需要,幫助蛾躲過暗藏的掠食者(如:蝙蝠)。同時,當他們在採蜜的時候,絢麗的翅膀將會變得異常醒目,或許這是用來警告掠食者他們既有毒又非常難吃。

但是,就像賓州大學的昆蟲學家Daniel Janzen說的,雖然現在的環境可能跟以前差距不大,但是要用這些顏色去推斷史前昆蟲的生活模式還是相當困難的。

參考資料

1. Science Now. 2011/9/27. Coloring in prehistoric bugs.
2. Science Now. 2011/11/15. An Ancient Moth, Now in Full Color - ScienceNOW

2011年11月20日 星期日

木薯(Cassava)危機

身為世界第三大的碳水化合物來源,木薯(cassava, Manihot esculenta)目前正面臨空前的危機。

木薯原產於南美,大約在6,600BC時被馴化,在16世紀時由葡萄牙人將它引進到非洲(2),目前已經和玉米並列為非洲兩個最重要的農作物。

不過,不同培育種的木薯多少都含有cyanogenic glucosides。這些cyanogenic glucosides平常在植物細胞內是無毒的,但是遇到特定的glycosidase時會將它分解,產生劇毒的氰化物(hydrogen cyanide, HCN)。分解cyanogenic glucosides的酵素也存在於木薯內,但是和cyanogenic glucosides分別藏在不同的位置。只要不把它的組織弄破(咬、刀切、磨碎...),酵素(glycosidase)與它的受質(cyanogenic glucosides)不會相遇,也就不會有毒(3)。

但是一旦任何生物要吃它,把它的組織弄破,兩者相遇就產生劇毒的氰化物。有些木薯含cyanogenic glucosides較多,有些較少;但是不論多少,食用前一定要先處理(擦絲用水煮或其他方法),把氰化物去掉,否則會引起中毒。但是偶而處理不當還是會引發急性中毒或慢性中毒呢!

當然可能會有人說,這麼麻煩何必吃它?為何不去吃其他沒有毒的農作物?原因很簡單,因為木薯即使在貧瘠的土壤裡也能種植,同時它也相當耐旱、產量也頗穩定。所以即使有氰化物移除的問題,在很多地方他還是很重要的食物來源。

有意思的事情是,氰化物雖然麻煩,但是數千年的經驗發現,含氰化物較高(通常苦味會比較重)的木薯,對於抗蟲害、動物啃食的能力也都比較好;所以即使到了二十世紀、二十一世紀,農夫還是會留下一些含氰化物較高的木薯作為荒年的備糧。

但是最近木薯卻遇到了CBSD(cassava brown streak disease)。CBSD的病原是病毒,感染後的症狀只出現在根,所以不到收穫的時候是看不到問題的(1)。

木薯的根。圖片來源:BBC News
CBSD在2006年第一次出現在烏干達,但是最近幾個月不管是在蒲隆地(Burundi)或是剛果共和國都出現了。由於監控系統不完善,目前也很難正確估計病毒散佈的範圍。因為不到收穫看不到問題,所以聯合國農糧署的專家們擔心CBSD的散佈會在非洲引發大飢荒。

目前農夫能作的就只有:當他們懷疑自己的木薯田遭到CBSD感染時,就將木薯提早收成。雖然這樣收穫到的木薯較小,但至少大部分都能吃。

目前聯合國農糧署已經培育出8種新種,正在測試它們的抗病毒能力,但是他們認為需要更多的監控系統來監測各地的木薯田,同時他們也需要人員在當地教育農夫不要把木薯的塊根任意散佈,使病毒散播的範圍擴大。

參考資料:

1. BBC News. 2011/11/17. UN warns of staple crop virus 'epidemic'.
2. Wikipedia. 2011/11/14. Cassava.
3. Taiz and Zeiger. Plant Physiology, 4th ed.

2011年11月19日 星期六

要縮小自己,也要放棄一些東西

仙女蜂(fairy wasp, Megaphragma mymaripenne)是全世界最小的昆蟲之一,同時也是世界上最小的飛蟲,體長只有200μm,主要以其他昆蟲的卵做為食物。

200μm到底多小呢?大約與阿米巴原蟲一樣大小。
圖片來源:Science Now
研究仙女蜂的科學家發現,為了要縮到這麼小,使得成年仙女蜂的神經元有95%都沒有核。(1)

仙女蜂在蛹期的時候仍然跟其他的昆蟲一樣,有大約7400個神經元,而且每個都有核(2);但是在蛹的最後一個發育階段時,大部分(~7000)的神經元細胞本體(neuronal cell bodies)都分解了,使得成年的仙女蜂只有339-372個神經元有核,其他大約7000個神經元都不具有核。

雖然只有這麼少的神經元有核,不過仙女蜂還是能夠飛行,也能找到寄主。

這樣小的飛蟲,是否活不了多久呢?筆者查了一下資料,發現它大概可以活21天(3)。除此之外,由於它主要是寄生在薊馬(thrips, 一種害蟲)(4),所以也被拿來防治薊馬的蟲害。

參考資料:

1. Science Now. 2011/11/18. ScienceShot: Amoeba-Sized Insect Is Missing Some Pieces - ScienceNOW
2. Alexey A. Polilov. 2011. The smallest insects evolve anucleate neurons. ArthropodStructure & Development. In Press, doi:10.1016/j.asd.2011.09.001
3. J. A. McMurtry and H. G. Johnson. 1963. PROGRESS REPORT ON THE INTRODUCTION  OF A THRIPS PARASITE FROM THE WEST INDIES. California Avocado Society 1963 Yearbook 47: 48-51
4. UC IPM online. 2007. How to Manage Pests Pests in Gardens and Landscapes: Thrips

2011年11月14日 星期一

空氣污染與極端降雨的關係

過去我們只知道全球暖化會導致降雨的模式改變,綿綿細雨減少,滂沱大雨增加。最近發表的一項進行了十年的研究發現,不只是全球暖化改變降雨的模式,空氣污染對降雨的模式也有很大的影響。
圖片來源:ScienceNews


在十年中,馬里蘭州立大學(University of Maryland)的研究團隊,分析經過美國奧克拉荷馬州的一個聯邦監測站(上圖)的雲後,發現:


空氣中的煙塵(soot)及懸浮微粒(aerosol),會抑制較低層的雲(low-lying cloud)降雨。較低層的雲主要由微細的水滴構成,當空氣中煙塵及懸浮微粒很多的時候,大部分的這些微細的顆粒都沒有水滴附著,由於低層雲降雨需要小水滴「聚沙成塔」,當小水滴持續維持在小水滴的狀態時,降雨就不會發生;這個現象尤其在濕度低的時候更明顯。


但是上層的雲是由冰晶(上層)與水滴(下層)構成,當低層的雲被垂直氣流帶到上層時,這些水滴會附著在冰晶上,使冰晶越來越大;當冰晶長大到無法懸浮在空中時,就會降落到地面---成為滂沱大雨。


研究團隊同時也發現,空氣中的煙塵及懸浮微粒可使滂沱大雨的機率增加50%,同時也讓綿綿細雨的機率降低50%。


研究團隊希望能經由觀測其他地方(如北京)的雲,更進一步地確認空氣污染與降雨模式之間的關連。


目前的研究成果已經在11月10日的Symposium on Stratospheric Ozone and Climate Change 上發表,並同時發表在11月13日的Nature Geoscience期刊上。


參考文獻


1. Science News. 2011/11. Dirty air fosters precipitation extremes

2011年11月13日 星期日

汽水喝太多究竟會不會出事?

上次根據ScienceDaily上面的一篇文章改寫的「汽水喝太多會出事的!」引起了一些討論;對於這類使用問卷進行調查的研究,由於作者也沒有把問卷題目公開(筆者有去找到原來的文獻),結果到底是否能被充分的採信,就看個人的想法。

當時這篇文章之所以吸引了筆者的注意,並且決定改寫出來,主要是因為這些年來愛喝飲料的人越來越多,很多年輕人是幾乎不喝水的。但是很多人都知道這些飲料其實是垃圾食物,含有相當高的熱量,也會造成肥胖。而由肥胖開始,又有更多的問題,包括糖尿病、高血壓....這些全都是從愛喝飲料開始的。

所以在當初看到這篇文章的時候,由於在文中提出「暴力行為」與「每週喝飲料的量」之間存在著劑量曲線,所以很快地把它介紹出來;但沒想到很多人在沒有看到原文之前,就先給了很多負面的評語,甚至有完全不願採信整個研究的說法。

當時,由於筆者手上的資料不完全,再加上有教學、行政...一時也無暇去補寫一篇文章,最近終於把資料都拿到手了,想在這裡補充說明一下。

當時筆者看到這篇文第一個想到的是,先前看到安部司先生寫的「恐怖的食品添加物」裡面曾經提到的「葡萄糖果糖糖液」的問題。在p.139-142中(1),安部司先生說:


所謂的「葡萄糖果糖糖液」,是用便宜澱粉製成的東西,大約三十年前開始這樣製造,需求突然急遽增加。
由於這種甜味爽口,孩子都很喜歡,因此拿來為果汁、咖啡飲料及各種醬汁增添甜味,很好用。相反地,巧克力等食品如果想要引出重甜味,還是用砂糖比較好。
「葡萄糖果糖糖液」還有一項優點,即它是液體。因為如果是砂糖,製造時必須先溶解。如果是液體的話,可以省下這道程序,作業上比較方便。
另外,由於成分是葡萄糖與果糖,跟果汁等飲料也比較搭配。因此,飲料廠商全都開始使用。

血糖值急速上昇的可怕

但是,「葡萄糖果糖糖液」也有可怕的問題。那就是會使血糖值急速上昇。
雖說砂糖也會使血糖升高,但砂糖進入人體後,會分解成葡萄糖及果糖,再被吸收。但「葡萄糖果糖糖液」從一開始就分成葡萄糖與果糖,因此會在瞬間被人體吸收,血糖值便因此急速上昇。
五百毫升的飲料,就含有六十毫升以上的「葡萄糖果糖糖液」。也就是說,各位平常喝的五百毫升保特瓶飲料裡,竟然有一成以上都是糖水(糖份)。如果換成粉末來計算,則含有二十五公克以上的葡萄糖,二十公克以上的果糖。
如果在空腹時喝下甜度這麼高的飲料,血糖值會升到多高呢?血糖值急速上昇,就要擔心糖尿病會上身。
最近,即使是小學生、中學生,罹患糖尿病的數字也在增加。這都是因為攝取過多的葡萄糖,才會使胰島素變得異常。
我們是從米飯攝取葡萄糖。米的澱粉會在體內慢慢分解,轉換為葡萄糖,成為能量來源。這種情形下,血糖值不會急速上昇。
把最初就分解成葡萄糖的東西,一口氣喝下去,這是漫長飲食歷史中,從未有過的事。起碼是三十年前才有的。
「葡萄糖果糖糖液」也有卡路里攝取過量的問題。一瓶保特瓶(五百毫升)的果汁裡,有相當於五十公克砂糖的卡路里,亦即二百大卡(相當於半包洋芋片)的卡路里。

由於「葡萄糖果糖糖液」是現在最受歡迎的、用來取代砂糖的甜味劑,但是單糖畢竟跟雙糖不同,雙糖還須要分解後才能吸收,而這個分解的動作是要到小腸才會進行的;但是單糖在口腔就可以開始吸收,所以飲料一喝下去馬上就會造成血糖上昇。

當然可能會有讀者趕緊去看汽水的標示,可能會發現上面並沒有「葡萄糖果糖糖液」,然後覺得鬆了一口氣---慢著!上面還有另外一個東西,叫做「玉米糖漿」或是用英文寫著'corn syrup',它其實就是「葡萄糖果糖糖液」,是完全一樣的東西(2)!

今年(2011)四月,在實驗生物學年會(Experimental Biology meeting)裡,猶他大學的研究團隊發表了一篇有關攝食單糖跟雙糖的研究(2)。他們發現,攝取單糖(葡萄糖+果糖)的雌鼠,平均壽命為50-80天;相對於攝取雙糖(蔗糖)的雌鼠,攝取單糖的雌鼠的死亡率高了三倍之多。由於很多攝取單糖的雌鼠在第二次懷孕期間死亡,這時雌鼠也正在哺乳,正是壓力最大的時候;因此猶他大學的研究團隊認為,攝取單糖的老鼠體力較差,無法因應同時懷孕及授乳的壓力。

同時,攝取單糖的雄鼠體力也較差,打不贏攝取雙糖的雄鼠,造成約二分之一的攝取單糖的雄鼠無法繁衍後代。

所有的動物在自然狀況下都是以攝取雙糖(蔗糖)以及多醣(澱粉、肝醣)為主的,因為這是動物(肝醣)與植物(澱粉、蔗糖)體內主要儲存醣類的形式。這個方式的代謝已經延續了數百萬年。
蔗糖(Sucrose) 圖片來源:Lehiniger Principles of Biochemistry, 5th ed.

但是,聰明的廠商們為了節省成本以及作業方便,使用「葡萄糖果糖糖液」來取代砂糖(蔗糖)(3),卻沒想到以單糖取代雙糖的行為,正在默默地戕害我們的健康。

汽水喝太多是否真的會造成暴力行為的頻率上昇?我想這有賴後續有興趣的人去研究,但是喝太多飲料是否會對健康有不好的影響?我想這應該是無庸置疑的,而且有很大一部分是因為商人的貪欲造成的!

參考資料:

1. 安部司著.陳玉華譯.2007.恐怖的食品添加物. p. 139-142. 世茂出版。
2. 汪芃編譯. CasePress.【生物代謝】單糖不簡單!2011/5/23
3. Wikipedia. 2011/11/12. High-fructose corn syrup.

2011年11月12日 星期六

印度是柑橘(Citrus)的故鄉

世界上總共有大概30種不同的柑橘(Citrus),但是對於研究種源的人,他們最感興趣的不是柑橘有多少種,而是哪一種才是柑橘的老祖宗。

最近(2011)發表在Comparative Cytogenetics期刊上的一篇論文說,柑橘的故鄉應該是在印度東北方,而柑橘的老祖宗應該就是C. indica

C. indica 圖片連結:ScienceDaily

印度東北山丘大學(North Eastern Hill University)的Marlykynti Hynniewta, Surendra Kumar Malik 以及 Satyawada Rama Rao在顯微鏡下觀察十種印度原生的柑橘,並比較他們的染色體後,發現C. indica應該是柑橘的老祖宗。由於C. indica是當地的原生品種,這也表示了印度東北方地區是柑橘的故鄉。


但是在當地,包括C. indica在內共有七種柑橘,已經因為棲地受到威脅,被列為易危(threatened)物種了。在現在因為全球暖化造成許許多多溫帶作物(小麥、大麥..)漸漸無法種植的時刻,我們是否應該致力於保存作物的原生物種,並思索如何重新出發去開發適合現在氣候的作物呢?


參考資料:

1. Science Daily. 2011/11/10. Citrus indica Tanaka: A progenitor species of cultivated Citrus

2011年11月9日 星期三

超級細菌(superbug)並不是新鮮事,三萬年前就有了!

超級細菌(帶有NDM-1抗藥基因)、超級淋病(1)、超級大腸桿菌(2)的出現,在在都讓人想到,人類與病菌的戰爭,到底還能打多久呢?

事實上,自從青黴素(penicillin)在1928年由Alexander Fleming自青黴(Penicillium notatum)中發現後(3),更多的抗生素由不同種類的細菌跟真菌中分離出來。由於細菌與真菌合成抗生素的理由,都是為了要打敗他們的同道,以取得更多的生存資源,所以一直有人懷疑,這些抗藥基因應該早就存在在細菌與真菌之中,只是過去沒有任何一種生物懂得去使用這些細菌和真菌中的天然產物,所以也就沒有機會去看到這些菌罷了。

懷疑是一件事,但是要證明卻不容易。過去也曾有人宣稱由西伯利亞的凍土中分離出古代的細菌,而且這古代的細菌也含有抗藥基因;但由於實驗作得不夠周延,也沒有辦法說服學界。

但是,最近(2011年8月),發表在「自然」雜誌上的研究(4),證明了抗藥基因對細菌來說,完全不是新鮮事,早在三萬年前就出現了。

在加拿大Hamilton的McMaster大學的團隊,為了證明抗藥基因早就存在於細菌之中,他們鑽挖加拿大Dawson City的凍土,並從裡面分離出DNA後,進一步分析是否含有抗藥基因。
圖片來源: ScienceNow

為了證明他們的樣品沒有污染到現代的細菌,加拿大的團隊同時也分析這些樣品中是否含有現代動植物的基因。結果發現這些樣品中可以找到長毛象以及古代禾本科植物(grasses)的基因,但是沒有現代動植物的基因。

至於抗藥基因呢?加拿大的研究團隊發現,除了抗青黴素的基因以外,他們還找到了抗四環黴素(tetracyclin)、抗汎可黴素(vancomycin,第四代抗生素,被認為是最後的防線)的基因。

接著他們把抗汎可黴素的基因完整的分離出來,並且萃取出蛋白質來測定他的活性。結果發現,古代抗汎可黴素的基因,跟從現代細菌中分離出來的活性幾乎完全相同。

這個驚人的發現告訴了我們,人類自以為找到抗生素就可以所向無敵,不再害怕細菌感染的想法,從根源就是錯的。至少三萬年前,細菌就把武器準備好了,只是在等時機而已。

即使是謹慎地使用抗生素,無藥可用的一天只怕還是會到來;如果大量的濫用,只怕這一天就在眼前。

參考資料:

1. 中央廣播電台. 2011/7/12. 抗生素全無效 超級淋病10至20年擴散全球.
2. Miscellaneous999. 2011/6/2. 傳說中的「大腸精」出現了嗎
3. Wikipedia. 2011/11/8. Penicillin.
4. V. M. D’Costa, C. E. King, L. Kalan,  M. Morar, W. W. L. Sung, C. Schwarz, D. Froese, G. Zazula,      F. Calmels, R. Debruyne, G. B. Golding, H. N. Poinar & G. D. Wright. 2011. Antibiotic resistance isancient. Nature. 477: 457–461
5. ScienceNow. 2011/8/31. Superbugs Predate Wonder Drugs - ScienceNOW

2011年11月3日 星期四

火星上(曾)有地底生命嗎?

在地球開始有生命的時候(三億七千萬年前),火星的表面就已經是像現在這樣又乾又冷的樣子了;但是相對於她的乾冷的表面,火星的地底下可能曾經有一番風光。

怎麼說呢?加州理工學院的科學家Bethany Ehlmann從太空船回傳的照片發現,火星上有兩種黏土(clay, 1)。由於黏土只有在有溫水或熱水長時期出現的狀況下才會形成(2),它的發現可能代表火星的地底或許(曾)有生命。

由太空船回傳的照片顯示,火星上有兩種黏土:一種在三億七千萬年前就形成,另一種則在這個時間點之後才形成。後者包含了硫酸鹽(sulfate)之類的鹽類。

火星上的黏土。圖片來源:ScienceNow
既然溫水或熱水曾經長期出現在火星上,可能意味著火星曾有孕育生命機會;不過相關資料都還太少,很難經由這些資料來斷定火星上(曾)有生命。

這個發現引起了相當多的討論,太空總署也打算在下一次的火星表面探測(可能是這個月的25號開始)進行進一步的探尋。

參考資料:
1. Science Now. 2011/11/2. Life on Mars Driven Underground? - ScienceNOW
2. Wikipedia. 2011/11/2. Clay.

2011年11月2日 星期三

象鼻蟲的「螺旋腿」

這篇是由分遺100級第六組同學與老葉合力完成的

自然界中處處可看到奧妙的機械設計提供我們採借。像我們肩關節的構造就被應用在方向盤和車輪間的轉軸上;但是先出現在工程機械的設計上,過後才在自然界發現的例子就相當少見。

在今年(2011)七月一日的「科學」雜誌上,德國的研究團隊發現了一種象鼻蟲(Papuan weevil,Trigonopterus oblongus)的髖關節向內和向外轉動就像一個螺絲(1);他們的「螺旋腿」的螺紋為410度,髖關節內有相對應的溝槽(如下圖)。

象鼻蟲的髖關節跟大腿。圖片連結網址:維基百科
腿部的肌肉則用來控制腿旋轉的角度(超過一圈喔!);研究團隊認為這種「螺旋腿」的構造可以提供牠們在樹上進食時有更多的彈性,同時也讓他們在休息時有更多的穩定性。畢竟,要讓「螺旋腿」脫臼的難度比讓球型與窩狀關節要難得多。

筆者小時候曾經玩過椿象,對於牠的腿可以轉那麼大一圈留下非常深刻的印象(以為自己把牠的腿弄斷了,沒想到一翻回來一骨溜就跑掉了...),不知道原來他們的關節那麼有趣,還可以刊登在「科學」期刊上,真是扼腕啊...

見見巴布亞象鼻蟲本尊吧!

圖片來源:維基百科

他比我小時候玩過的椿象看起來帥多囉...

參考文獻:

1. ScienceNow. 2011/6/30. ScienceShot: A Beetle With Screws for Legs - ScienceNOW

方解石(Calcite)是羅盤還沒有發明以前的航行工具嗎?

不知道有多少人聽過紅髮的艾瑞克(Erik the Red)的傳說?他在十世紀由挪威航行到冰島,最後到格陵蘭,開始了一連串維京人的開拓史。其實在八世紀的時候,挪威人(當時稱為維京人the Vikings)就開始向歐洲其他地區侵略了,可是羅盤直到十四世紀才由中國傳入歐洲(1),那麼,這些維京人是怎樣在海上辨別方向的呢?

從古代諾斯人(Norse,也就是維京人)的傳說中,科學家瞭解到,除了觀察太陽以外,諾斯人還使用一種「太陽石」(sunstone)來幫助他們辨別方向。尤其在陰天的時候,「太陽石」更顯得重要。

但是「太陽石」到底是什麼呢?一群法國的物理學家認為可能是方解石(Calcite, 2)。

方解石是碳酸鈣的結晶,具有雙折射(birefringence)的特性:任何透過它的光線會被分成兩條路徑折射,在遠處投射出兩個影像。

方解石的雙折射特性。光是把方解石放在紙上就可以觀察到下面的字
產生了雙重影像。圖片來源:維基百科
法國的研究團隊發現,可以經由適度調整方解石的位置,讓透過的太陽光投射出的兩個影像一樣深淺,找到太陽的位置。

為了證明他們的想法可行,法國的團隊在他們的研究裡使用了來自冰島的方解石,造了一個想像中的「太陽石」;他們發現即使在陰天、甚至在太陽落入地平線以下的時候也能夠用這個「太陽石」找到太陽的正確位置,而且誤差不超過1%!

科學家想像中的「太陽石」。圖片連結網址:ScienceNow
所以,如果方解石真的是諾斯傳說中的「太陽石」,或許對航海有不小的幫助;但是要靠投影來辨別方向,對於在北太平洋航行的諾斯人還是不小的挑戰(船在海上晃來晃去還要投影...)。

筆者讀過一些諾斯人的航海傳說,感覺上諾斯人的問題不只是方向而已,還有造船技術的問題;所以當時的航海傳說上不只一次提到,他們航海時都是盡量靠著海岸線走(3)。不過,法國的科學家也提到,到目前為止在任何維京人的遺址或船隻殘骸上都還沒有發現這傳說中的「太陽石」喔!

參考文獻:
1. Wikipedia. 2011/10/27. Compass.
2. ScienceNow. 2011/11/1. The Viking Sunstone Revealed? - ScienceNOW
3. The Vinland Sagas, translated by Keneva Kunz, Penguin Books, 1997

2011年11月1日 星期二

梵諦岡銀行(Vatican Bank) 出手拯救義大利的研究中心

位於米蘭的聖拉菲爾醫院及研究所(The San Raffaele Institute and Hospital)原本因為一億五千萬歐元的債務已經搖搖欲墜,但最近它的前途露出了曙光。

今年(2011)10月28日,義大利的法庭通過了由 Institute for Works of Religion,也就是梵諦岡銀行(the Vatican Bank),以及義大利企業家 Victor Malacalza提供給聖拉菲爾醫院及研究所的750萬歐元的資金,其中500萬歐元用於償還債務,250萬歐元用於投資這個醫院及研究所。


聖拉菲爾醫院及研究所由牧師 Luigi Verzé在1971年創立。原本只是醫院,但很快的成立了研究中心,並以基因治療以及分子醫學聞名。目前醫院有超過1000個床位,研究所則有數百名研究員。研究所跟醫院都是屬於 the San Raffaele del Monte Tabor Foundation基金會轄下的機構。
 Luigi Verzé牧師(圖片來源:維基百科


由於錯誤的投資以及過度的擴張,造成負債1.5億歐元並於日前聲請破產;目前義大利檢方正在調查任何可能的不法情事,而媒體也不斷的在追逐與挖掘內幕。尤其在 Luigi Verzé牧師(他是前任的基金會主席)的左右手,也是醫院的副院長Mario Cal舉槍自殺後,社會大眾對於聖拉菲爾醫院及研究所的醜聞更加感興趣。


我為什麼會對這個新聞感興趣?其實是因為梵諦岡銀行這幾個字吸引了我的注意,看過教父第三集(The Godfather, part III)的人,應該都對於裡面的政治角力相當感興趣,尤其對於描述到梵諦岡銀行那部分...只是沒想到卻看到其他的東西啊。


根據網路上的資料, Luigi Verzé牧師似乎已經在1964年被判處禁止行使聖部?但是因為只有義大利文的資料,我也不瞭解細節,或許有通義大利文的人可以為我解惑。


從網路資料上看起來,Luigi Verzé牧師是位爭議不斷的人,從1971年之前似乎就一直被賄賂、貪污等罪名纏身,但同時也建立了這麼大的醫院跟研究所,真的是一個很特別的出家人啊...

參考資料:
1. Science Now. 2011/10/31. Court Endorses Vatican Bank's Rescue of Italian Research Center - ScienceInsider

2011年10月30日 星期日

聯考或不考?在目前的狀態下,我贊成聯考!

在最近的新聞「國是峰會/學生代表一面倒要聯考」中,我們終於看到的真正的民意,而不是教育部自以為的民意,認為要推免試升學才對。

不要說是國中畢業考高中,筆者認為,在台灣目前的狀態下,連高中畢業考大學都應該要恢復聯考才是。

怎麼說呢?

還記得多年前有一次從車站搭計程車回大學,運將先生在路上提到,當他的小孩(就讀花蓮女中)跟他說要去申請入學,他煩惱了幾天幾夜,最後跟他的小朋友說:爸爸給你一萬元,申請的報名費、住宿費、交通費、、、一切開支就從這一萬元支出,要更多,爸爸也拿不出來,就只有這麼多了!

直到現在,我還記得他煩惱的樣子,以及他眉頭深鎖地問我:「老師,你說,孩子要上進想要申請學校,我該不該支持?但是,我跑計程車,每個月能賺的實在不多,我真的也沒辦法給更多了!」

一萬元,可以申請幾家學校?如果是在台北,或許可以申請四到六家(如果都申請台北以及台北近郊的學校的話),但是在東部的花蓮,就算把東華跟慈濟都包括進來,能夠申請三到四家已經很勉強了!

怎麼說呢?舉例來說,目前申請入學報名費大概是1000-1500之間(筆者不知道有沒有更貴的),就算1000好了,備審資料的花費大概是100/份,坐火車大概要800元/人,住旅館(從花蓮出發到其他台灣任何有大學的都市,大概都很難不住宿)一個晚上2000元(台北應該不止這個價格),所以

申請外地的學校,一次的花費要:1000+100+800+2000=3900元,這是最起碼的開銷。

一萬元可以申請幾家學校?上面那個算式應該可以適用於中南部以及東部的學生,大概兩家吧!筆者還沒有把父親或母親隨行的交通費算進去喔!要去外地多半父母親會隨行,這樣交通費還要加倍呢!

所以,在這樣的狀況下,如果只能申請兩家,如果你是那位高中生,你會有勇氣去申請看看不錯的、但是可能不會申請上的學校嗎?當然是選擇一定會上的學校去申請,畢竟夢想雖美,但是現實也要兼顧啊!而當家裡的經費沒有上限時,當然可以去冒個險、申請看看不一定會上的好學校,說不定過了,那就賺到了不是嗎?

這麼一來,很明顯的,家裡經濟環境好的,會有更多的機會;因此,筆者一直認為:申請入學會造成階級分化更明顯,而且是排除窮人受更好的教育的機會。

當然聯考也不完全公平,比方說這幾年有些題目很明顯只有在都市的學生才會寫,雖然只是少少幾題,但是不管多或是少,這已經影響到公平性。此外城鄉差距以及資源分配不均影響到老師到北部以外的其他區域任教的意願,這會造成教育品質的不平均。很多學校都知道,考一樣高的分數,中南部的學生一般而言進學校以後的表現會比北部的學生好,就是因為這個原因。

撇開這部分不提,至少聯考可以提供所有的學生一個公平、價格合理的管道去取得求學的機會;而申請入學所產生的費用比大學聯考要高昂許多,雖然大部分的學校都會提供清寒學生免報名費的補助,但是免了報名費卻沒辦法免住宿費、交通費,更何況有些家長根本不可能請假去陪考,這個狀況通常尤其在中低收入的家庭中最常發生(請假就不用來了),所以筆者一直反對在目前這樣的制度下進行申請入學或推薦甄試,畢竟這是很明顯的「排貧」,會使台灣的階級分化更明顯,同時也是不符公平正義原則的!

2011年10月25日 星期二

為愛奮不顧身的蟋蟀

這篇是由分遺100級第二組同學與老葉合力完成的

在昆蟲界中「定孤支」是為了擄獲異性的芳心,而雄蟋蟀卻是冒著生命危險來守護另一半。
圖片來源:ScienceNow
野生的蟋蟀(Gryllus campestris)會獨自或跟伴侶緊緊依靠在洞穴裡,當蟋蟀夫婦要一起出門時,為了更容易讓雌蟋蟀逃離掠食者(如:喜鵲),雄蟋蟀會先待在離出口遠一點的地方,讓雌蟋蟀靠近洞口,如此自己更容易成為喜鵲的大餐。
儘管如此,研究人員在「當代生物學」(Curreny Biology)中提到,雄蟋蟀並不是純潔的白馬王子;通常雄性會在雌性身旁成為敏銳的護衛,主要為了趕跑其他追求者,讓自己獲得更多交配的機會,所以說到底,蟋蟀要當個紳士的代價並不小。

參考資料:
1. ScienceNow. 2011/10/6. ScienceShot: Crickets Risk Their Lives for Mates - ScienceNOW