2012年9月15日 星期六

熊蜂的瘟疫


相信見過熊蜂(bumblebee)的人應該都印象深刻,畢竟黃黑相間的條紋加上碩大的體型,看到了很難不留下印象。當然,最近這幾年比較出名的「熊蜂」是「變形金剛」。

熊蜂主要分佈在北半球,不過也有些是南半球原產;比方說Bombus dahlbomii這種蜂,就是原產於南美洲,而且在南美洲南端,他是唯一的蜂。這種蜂是目前全世界體型最大的。

但是,Bombus dahlbomii目前正遇到空前的危機(1)。而這個危機,與當地的人引進了新種的蜂(白尾蜂,B. terrestris)有關。


白尾熊蜂(B. terrestris),圖片連結
白尾蜂身上帶有一種單細胞的寄生蟲Apicystis bombi,這種寄生蟲會使感染的蜂死亡。過去南美洲的幾種蜂體內從來沒有檢出這種寄生蟲,而在2006年--當這些刻意被引進在溫室中擔任授粉者的白尾蜂第一次出現在南美洲南端時--以後收集的樣本,卻檢出了這種寄生蟲的DNA。

也差不多在2006年,當白尾蜂出現在南美洲南端時,南美原產的蜂開始消失。奇妙的是,在歐洲的白尾蜂,只有1%到8%體內檢出寄生蟲;但是在南美洲的白尾蜂,幾乎有半數都檢出。難道有什麼生存競爭嗎?

但是,這兩種蜂的消長,並不能以單純的「生存競爭」來解釋;畢竟南美洲原產的蜂具有相當長的舌頭,而因為這樣,他採食的花和白尾蜂的花不一樣。

唯一的解釋就是:因為南美洲原產的蜂,對歐洲來的兄弟身上的病菌沒有抵抗力,所以只要踩過歐洲來的兄弟踩過的花、葉,南美洲的蜂就危乎殆哉了。感染有多嚴重?目前在南美洲,已經有80%的區域看不到原產的蜂了。

科學家預測,不出幾年南美洲的蜂就要絕種;而這會使得安地斯山脈(Andes)的許多植物絕種,因為Bombus dahlbomii是他們的主要授粉者,尤其是對於具有長管狀花的植物,因為只有Bombus dahlbomii有夠長的舌頭,所以Bombus dahlbomii的消失,對這些植物肯定是個極壞的消息。

這類的新聞隔一段時間就會出現,每次看見時總是讓筆者慨嘆良久。記得上次聽到廣播裡面有位專家說:人類是地球上唯一會改變環境來適應自己的動物,但是人類往往把環境改變到讓附近的生物無法生存。為了要讓溫室裡的植物能容易地被授粉,南美洲的人由歐洲引進了白尾蜂,如今卻使得原產的蜂即將絕種,接著影響到當地的植物,然後呢?人類常以為自己可以操控自然,但如不懷抱敬天愛地的精神,最後自然總還是會來反撲的。為何人類還不能覺悟呢?

參考資料:

1. Anthony King. 2012. Plight of the Bumblebee - ScienceNOW

2012年9月7日 星期五

瞭解自己,不是件容易的事

人類在1990年代後期開始了人類基因體計畫(Human Genome Project),企圖解碼我們自己。
圖片來源:Science Now

當初很多人的想法都以為人類基因體計畫一定可以讓我們充分瞭解自己,卻沒想到,當我們把所有的30億(3 billions)GATC都讀完的時候,卻陷入一團迷霧中。

因為:只有3%的基因體帶有產生蛋白質(protein)的基因。

我們一向以為,產生蛋白質的基因應該是最重要的;因為蛋白質會產生「活性」(activity)、形成結構...可是,如果蛋白質就是一切,我們如何去解釋我們的30億核苷酸(nucleotide)序列中,能夠產生蛋白質的序列,只有3%?

為了要解開這個迷霧,美國整府啟動了一個新的大計劃,聯合了32個研究機構,想要進一步解釋餘下的97%的用途。這個大計劃全名是the Encyclopedia of DNA Elements,縮寫成ENCODE,也就是「編碼」。

「編碼」計畫主要的工作包括針對147種細胞(其中有六種做得很詳細)進行電腦分析、進行生化測試、以及定序(1)。為什麼當我們已經知道人類基因體所有30億核苷酸怎麼排列了,還要再去看那147種細胞,或是那6種細胞的基因體呢?他們不是長得跟其他的細胞裡的基因體一樣嗎?

事實上,容或核苷酸的排列是一樣的,但是科學家發現,真正決定為什麼這個細胞會發育成心肌細胞,那個細胞就只能變成骨骼肌,關鍵在於另外那97%的核苷酸序列。

雖然只有3%的人類基因體帶有產生蛋白質的基因,但是「編碼」計畫的科學家發現,80%的基因體是具有生化活性的。他們或許不能產生蛋白質,但是他們可以決定哪一個蛋白質、在哪一個時間點應該要產生,或是不應該產生;有些則會直接產生具有生物化學活性的核糖核酸(RNA, ribonucleic acid),直接參與細胞內的種種反應;而很多基因體上的核苷酸序列,在被化學修飾(chemical modification,最常見的是甲基化methylation)後,會影響到附近的基因是否能被用來產生蛋白質...

雖然只有3%的基因體可以產生蛋白質(大約是21,000基因,比原先想像得要少得多),但是76%的人類基因體其實都有被「翻」(轉錄,transcribe)成核糖核酸;其中包括產生8,800個小核糖核酸的「基因」,以及9,600個產生「長」核糖核酸(由至少200個核糖核苷酸組成)的「基因」。另外,還有11,224個「假」基因,這些序列具有跟產生蛋白質的基因很相似的構造,但是不產生蛋白質(事實上,可能什麼也不做)。

既然決定我們的細胞要怎麼發育成骨骼肌或心肌的關鍵不在那21,000個產生蛋白質的基因上,而是在另外那些會產生核糖核酸的、會被化學修飾的部分,可以想到這中間牽涉到的調節是非常複雜的。「編碼」計畫的科學家們,在我們的基因體上面找到了四百萬個調節點。這些調節點不必然很靠近他負責調節的基因,而且幾個不同的調節點也可以合作。

所以,從兩萬一千個產生蛋白質的基因(原先預估超過十萬個)開始,為了要產生種種不同的人體細胞(2, 有人說210種,有人說411種),那些數不清的小核糖核酸、以及四百萬個調節點,必須要很精密的調節---差之毫釐,失之千里,可能就是遺傳的缺損,或是癌症了。

光是我們自己,這個小乾坤,我們現在可能只瞭解了一個點;我們怎能那麼放心大膽的去玩弄其他生物的基因,期待他會「乖乖」的聽我們的呢?

參考文獻:

1. Elizabeth Pennisi. 2012/9/5. Human Genome Is Much More Than Just Genes - ScienceNOW.
2. Wikipedia. 2012/9/4. List of distinct cell types in the adult human body.