2014年8月31日 星期日

有僵屍細菌嗎?真的假的?可不可怕?

真核細胞週期的研究已經超過一個世紀了。2001年,三位科學家因為找出阻止細胞從雜亂和無休止地分裂的機制,而獲得諾貝爾生理學和醫學獎。甚至在諾貝爾獎網站(Nobelprize.org)有個細胞週期控制遊戲可以玩。

從真核細胞週期的研究可以想見,細胞並不像一個肥皂泡,可以簡單地一捏就變成兩個。忠實地複製遺傳物質,並平均分配到子細胞,是所有生命形式至關重要的的能力。即使是看似簡單的單細胞生物,也要有辦法精心複製他們的DNA,仔細分離出新複製的遺傳物質,並且平均分配,以保證自己的後代的生存。

在真核細胞(植物和動物)中,精心設計的分子迴路,負責協調細胞分裂時的遺傳物質複製與分離;就像一台洗衣機上的控制旋鈕協調攪拌、漂洗和脫水。細胞控制系統,如同洗衣機控制系統,具有感應器可檢測異常。如果事情出錯了,就關機。

但是,細菌在營養豐富的狀況下,會利用這個情況盡可能快速地繁殖,將細胞分裂和DNA複製這兩個步驟重疊;而這種狀況,在真核細胞中永遠不會發生。 

圖片來源:維基百科

由過去的研究知道,細菌在營養豐富的狀況下,依靠「multifork複製」使自己可以每20分鐘分裂一次。「multifork複製」指得是,細菌在DNA複製的第一輪完成之前,就發起新一輪的複製。只要在分裂之前確保至少有一組遺傳物質複製完畢就好,至於複製到一半的部分,將在隨後的幾次細胞分裂前完成。

因為細菌可以使這兩個基本過程同時進行,因此過去細菌被認為缺乏如真核細胞般的故障安全機制。不過,在8月28日的Current Biology中,華盛頓大學的研究團隊顯示,在細菌細胞週期中存在著至少兩個故障安全點,將DNA複製與細胞分裂連結起來。

雖然過去以為細胞分裂與DNA複製是各自獨立的,但這次的研究成果顯示了,它們並不是獨立的兩個事件。新一輪的DNA複製的起始有賴細胞分裂的成功完成;而分裂組件在細胞中間的裝配又取決於DNA複製的起始。 

實驗發現,當細胞分裂受阻,DNA的複製逐漸減少,並且在五代之後,細菌達到了不歸路。當直接阻止DNA複製時,大約三個世代以後,細菌就達到不歸路。這些實驗結果顯示,DNA複製出現問題,可能是使細菌進入僵屍狀態(zombie-like)的重要事件。當細菌進入僵屍狀態後,即使在最有利的條件下也無法進行繁殖。

對單細胞生物來說,進入僵屍狀態,可能是利他主義的一種形式。自然界中,細菌通常是以群體形式存在。從群體中刪除老化或不健康的細胞,對整體群體有利,因為它將不再爭奪營養以及產生有缺陷的子細胞。

不過,雖然研究確立了在細菌細胞週期中,存在著兩個故障安全點(即細胞分裂,以及DNA的複製),但是確保適當的細胞週期進程的機制,仍然是一個謎。

未來研究團隊必須做的就是,找出細胞分裂機制如何告訴DNA複製機器:「你的的東西有錯誤的」,以及DNA的複製機器如何傳達給細胞分裂機制「我這裡不對勁。」。

了解細菌的細胞週期調控機制,對於醫藥上可能可以產生重大貢獻。關閉細胞週期的藥物,可以用來對抗細菌感染。它們不僅能防止細菌繁殖,還可以阻止抗性基因的傳遞或細菌在藥物被代謝後又再度恢復。


目前研究團隊發現一種新藥PC190723,可以抑制金黃色葡萄球菌細胞分裂。它是加州大學戴維斯分校的Jared Shaw合成的,目前正在針對MRSA(耐甲氧西林金黃色葡萄球菌)菌株進行測試。 

研究團隊發現,當他們將PC190723和甲氧西林等藥物合併使用時,甲氧西林似乎又再度能發揮效用。細胞分裂抑制劑透過某些機制,使得細菌再度對該藥物產生敏感性。

因此,研究人員認為,這些信息傳導途徑將是新的抗生素發展的目標。因為,能使細菌走上不歸路的藥物,不僅可以阻止他們的繁殖,停止感染的發展,還可以防止細菌​​分享抗生素耐藥突變給其他人。最重要的是,走上不歸路的細菌(僵屍細菌),即使藥物已經代謝掉了,還是無法復原。

所以,僵屍細菌可怕嗎?

參考文獻:

2014/8/28. Zombie bacteria are nothing to be afraid of. Science Daily.

2014年8月30日 星期六

從古到今,北美極區的「因紐特人」(Inuit)是同一群人嗎?

大約在一萬一千年前,當人類從西伯利亞越過白令海峽之後,美洲就成了最後一個被現代人類入住的主要地區。而北美極地區,大約在五千年前開始有人住。只是,在圖勒文化(the Thule culture,即為今日分佈於阿拉斯加、加拿大和格陵蘭島的因紐特人)興起之前,在北美的極地區還有其他不同來源的文化。
圖片來源:維基百科

北美極地區早期的文化包括了Saqqaq或稱前多塞特(Pre-Dorset )文化和多塞特文化,構成了古愛斯基摩人(the Paleo-Eskimo)的傳統文化;而多塞特文化又被進一步劃分為三個階段。在考古記錄中可見,所有這些文化、生活方式和生活特質都各不相同。在不同的文化之間,也有幾個時期的北極是無人居住的。這些事實都使得考古學家想到,是否過去曾有幾波移民從西伯利亞遷徙到阿拉斯加,或者美洲原住民是否曾經遷移到北極。

雖然該地區長期以來一直深受考古學家研究,卻少有人知道它的基因史前史。在最近的一項研究中,研究團隊發現,古愛斯基摩人(大約從5000年前就住在北極一直到約700年前滅絕)是獨立於另兩波移民--美洲原住民(Native Americans,在更早的時候就越過白令海峽)和因紐特人(Inuit,幾千年後來自西伯利亞的北極區)的一群移民。也就是說,由古至今,北美極地區總共有三波移民入住。

研究表明,在基因層面上,所有不同的古愛斯基摩人文化都屬於同一族群。但是,他們與圖勒文化並不密切相關,也沒有任何跡象顯示這兩個群體之間曾發生過同化。研究團隊同時還確定了古愛斯基摩人也不是美洲原住民的後裔。遺傳學的證據顯示,從西伯利亞遷徙到美洲和北極的移民至少有三波:首先是今天的美洲原住民,接著是古愛斯基摩人,最後則是現代因紐特人。

這項研究清楚地表明,古愛斯基摩人在近乎隔離的狀態生活了超過4000年,在此期間他們的文化發展得如此多元,導致一些人認為他們是不同民族。但是,雖然工具和生活方式隨著時間的推移發展出多樣性,在考古學上常常認為,這並不一定是新族群的移入,也可能是遷移的結果。在北美極地區族群的遺傳學的證據,也支持這一論點。

從本質上講,新世界北極過去有連續兩波基因上不同的族群進入,發展出三個獨立的文化。通過這項研究,研究團隊了解到在最具挑戰性的環境中,現代人類如何成功入住,如何解決文化與基因延續的問題,並呈現北極是如何被人居住的全貌。

這個研究成果推翻了古愛斯基摩人代表了許多不同的族群,也推翻了美洲原住民是今天的因紐特人的直系祖先的猜測。它同時也否定了在1902-03滅絕的格陵蘭人(住在東海岸或加拿大Sadlermiut,從南安普敦島的哈得遜灣),是倖存的多塞特人的理論。遺傳學上的證據顯示,這個族群是具備多塞特文化特質的因紐特人。

這項研究無法解決的問題是,為什麼古愛斯基摩人的消失,正好與因紐特人開始定居北極在同一時間發生。毫無疑問的,因紐特人的祖先(在1000年前越過白令海峽,並在大約700年前到達格陵蘭)在技術上是較為卓越的。 但由於缺乏相關的佐證資料,使得研究團隊無法斷定這兩個族群的更替是否有關聯。

在因紐特人「前人」,十有八九指的是古愛斯基摩人的故事。在神話中,它們被稱為「TUNIT」或「Sivullirmiut」,意思是「先來的居民」。根據這些神話,他們是比因紐特人高大又強壯的巨人,但容易受到新住民(因紐特人)的驚嚇。

自從1925年在北美極區發現古愛斯基摩文化以後,考古學家對於他們與現代因紐特人的祖先(圖勒文化)的關係一直感到迷惑。在十四到十五世紀之間,古愛斯基摩文化迅速地被取代,唯一留下的痕跡是因紐特神話中的「TUNIT」,以及多塞特技術的一些元素的引用。新的基因組研究成果,發現古愛斯基摩和因紐特人是在基因上完全不同的兩個族群,他們在東西伯利亞有各自獨立的起源,解決了爭論了近一個世紀的北極考古懸案。除此之外,古愛斯基摩人在極區東部保持孤立了千百年,與美洲原住民、諾斯人(Norse,於十到十四世紀生活在格陵蘭的挪威人)、或其他歐洲人都沒有顯著混血的現象。

參考文獻:

2014年8月29日 星期五

嚴重酒精成癮與神經傳導物質GABA有關

過去的許多研究已經發現,並不是每個人都對成癮性物質(如煙、酒、毒品)有興趣。有的人接觸一次以後就敬謝不敏,有的人則不僅是「一試成主顧」,而且還欲罷不能。由於人們在對於成癮性物質的反應差距如此之大,因此科學家們一直認為,酒精成癮--尤其是嚴重的酒精成癮--一定跟遺傳有關;而到目前為止,也找到了幾個基因,但是這些基因如何操控酒精成癮的機制,仍然不清楚。

圖片來源:維基百科

最近,在美國Scripps研究所的研究團隊發現,有一個基因Nf1 (neurofibromatosis type 1),與酒精成癮有關。研究結果顯示,Nf1透過調整γ-氨基丁酸(GABA,gamma-aminobutyric acid)的分泌,使個體在初次接觸酒精之後的重複接觸,是否會漸次地提高飲用酒精的量;而這個行為與酒精成癮相關。

研究團隊使用部分剔除Nf1的小鼠,來測試接觸酒精之後的行為。結果發現,部分剔除Nf1的小鼠,在飲酒之後,中央杏仁核(central amygdala)的GABA濃度並未上昇,而過後這些小鼠對於酒精也並不特別感興趣。

相對的是,表現正常量的Nf1的小鼠,在飲酒之後,中央杏仁核的GABA濃度上昇,而當研究人員重複給予酒精時,這些小鼠的飲酒量也漸次增加。

研究團隊在檢視人類的Nf1基因時,也在9,000個人裡面發現,人類對酒精成癮的行為,似乎也跟Nf1基因相關。

但是,在小鼠的實驗中,野生種(即未剔除Nf1基因的小鼠)會對酒精成癮,這部分跟人的成癮性行為要怎麼解釋呢?若以小鼠的例子看來,似乎人人都可以成為酒鬼;但是以人來說,只有5%的人視酒如命,另外12%的人經常飲酒,而其他的人並不常喝酒,或根本滴酒不沾。所以,Nf1在小鼠上的結果,是否能用來解釋人類的成癮性行為,這就有待後續研究了。

參考文獻:

2014/8/27. Alcohol-dependence gene linked to neurotransmitter. Science Daily.

2014年8月27日 星期三

鬍鬚跟毛髮會越刮越粗,真的嗎?

相信大家都聽過這種說法:鬍子刮一刮就會變粗。所以,很多爸爸們在自己的兒子開始長出鬍鬚時,都會迫不及待地教他刮鬍子,好讓他長出夠粗的鬍子來。或許男性們認為,鬍子濃密代表男子氣概?筆者是覺得沒多大差別啦...

但是,皮膚科的醫師們都說,那是無稽之談!如果刮鬍子、毛髮會讓鬚髮變粗、變濃密,那麼就讓毛髮開始變得稀疏的人努力刮,都不需要生髮藥水了!而且,如果真的會越來越粗,像外國人有些會刮腿毛,難道最後不會變得像猩猩一樣嗎?

歡迎努力刮手腳的毛加入我們的陣營!(設計對白)
圖片來源:維基百科
其實,刮了鬚髮後覺得好像有變粗,那只是一種錯覺。因為新生的毛髮尾端是尖的,而當我們把新生的毛髮剃掉了以後,由毛囊接著長出來的毛髮,尾端當然是平的,所以看起來就比尖的尾端好像粗一點。

事實上,在距離現在將近九十年前(1928年),就有人做過實驗,測量同一個人身上的腿毛,是否在刮除後新長出來的比較粗。類似的實驗在1970年又做過一次,結論都是,定期刮除鬚髮,對於鬚髮的粗細、寬度以及生長速度都沒有影響。

好啦,看情形這又是一個主觀認定的謬誤了。

參考文獻:

 2014/8/26. Scientific American. Fact or Fiction?: If You Shave (or Wax), Your Hair Will Come Back Thicker

擬蝎(Pseudoscorpion):愛書人最喜歡的「奇獸」

擬蝎,俗稱「書蝎」(book scorpion)。圖片來源:維基百科
任何第一次看到這種小動物的人,一定會想到蝎子。這就是為什麼他們被稱為擬蝎(pseudoscorpion)。

牠們其實是蜘蛛,只是前面有兩隻大大的「pedipalp」使牠們讓人想到蝎子。但是這小傢伙只有4 mm長,所以要看到牠並不容易。更何況,牠通常都在你的書本裡面晃來晃去,尋找獵物。

牠們的獵物包括了衣蛾幼蟲、地毯甲蟲幼蟲、書蝨、螞蟻、蟎和小飛蟲,因此,對於愛書人來說,這種小蜘蛛真的是世界上最好的小蟲。因此,牠有一個綽號叫做「書蝎」(book scorpion)。

書蝎們除了會幫我們巡視書籍(真是飽讀詩書的小傢伙),牠還有很特別的交配行為。雄的書蝎會在牠的領土(大約1-2 cm,雖然不大不過想到它只有4 mm長...)中心開始用牠的腳開始揉搓腹部(可能在這個時候,釋放了一些費洛蒙),等到雌性的書蝎進入牠的領土後,牠會開始激烈的搖晃身體,同時也把牠的pedipalp用力的在空中搖晃....

「看!我身體很好!」

接著,如果雌性書蝎表達了牠的興趣,雄性的書蝎就會把一整個精囊排出,然後把雌性的書蝎推過去。

雌性的書蝎會把整袋精子撿起來,放進生殖孔,產出20-40個卵。卵受精以後,牠會將受精卵繼續帶在牠的生殖孔,受精卵孵化以後,幼蟲先依靠媽媽的卵巢分泌出來的乳狀物為生,等到媽媽變得太消瘦時,他們就要離開生殖孔。但是並不是就此自立更生!小書蝎會跟蝎子一樣,被書蝎媽媽背著走來走去,直到真的可以自立更生為止。

由於裝訂舊書才會使用以澱粉為底的膠水,而書蝨和塵蟎最喜歡這種膠水,所以,牠們的掠食者--書蝎--當然只會在舊書裡面晃來晃去了!真是愛讀古書的小傢伙!

有機會看到牠時,或許可以問問牠:最近讀了些什麼?

參考文獻:

Bec Crew. 2014/8/25. These tiny scorpions would like to perform an important inspection of your old book collection, please. Scientific American.


2014年8月26日 星期二

健康的夜貓子在未來是否可能呢?

大家應該都有熬夜的經驗吧!由於我們並非夜行動物,所以熬夜對我們都是很辛苦的經驗,而由研究可知,輪班工作者更會因為晝夜顛倒而產生許多問題:包括心臟病、肥胖以及第二型糖尿病等疾病,目前都被認為與輪班工作有關。

然而,輪班工作所產生的問題,我們在跨多個時區旅行時也會發生。當我們由台灣搭飛機到美國時,都經歷過所謂的「調時差」的過程:簡單說就是要以晝作夜。一開始都會很難受,大家睡得正香的時候你卻了無睡意,等到大家精神抖擻的時候換你昏昏欲睡...

但是既然叫做「調時差」,也就是說這個現象是可以改變的。通常少則一兩天,多則一週,就可以讓我們的作息與當地完全一致了。為什麼可以這樣調整呢?

過去的研究讓我們了解,我們的腦中有所謂的「視交叉上核」(suprachiasmatic nucleus,SCN)擔任「主時鐘」(master clock)。視交叉上核位於下視丘,由兩萬個神經元組成。雖然大腦神經元之間都有很多、很緊密的聯繫,但是位於視交叉上核的這些神經元之間的聯繫,比一般大腦神經元之間的聯繫更多也更緊密。

日光、視交叉上核、與生物時鐘之間的關係。
圖片來源:維基百科


經由視覺迴路(vision circuits)輸入晝夜循環的規律,提供給視交叉上核,然後再由視交叉上核來維持我們每天的作息規律。當我們進行橫跨多個時區的旅行時,由於在頭幾天,視交叉上核的神經元只約有略少於一半可以被視覺迴路所輸入的日光信息給「重設」(reset),造成我們發生需要「調時差」的狀況。為什麼調時差會這麼慢呢?主要是因為視交叉上核的神經元之間的緊密聯繫,造成雖然日光可以「重設」這些神經元,但是「重設」的速度卻相當緩慢。

這就讓科學家們想到,如果這個重設的動作可以快一點,或者如果我們可以找到重設的關鍵,設計什麼藥物可以影響這個重設的關鍵,如此一來,或許在未來可以有「健康的夜貓子」也不一定?有可能嗎?

最近,在沙克研究所(The Salk Institute)的研究團隊,找到了Lhx1基因,或許就是這個問題的答案。

研究團隊先將小鼠的晝夜節律弄亂,然後比較視交叉上核與一般組織的基因表現,找出了213個基因為視交叉上核所獨有;接著,再由這213個基因中,找到了13個負責開關其他基因的基因。在這13個基因中,只有Lhx1受到光的抑制。

過去只知道Lhx1對神經元的發育非常重要,因此缺乏Lhx1的小鼠無法存活;但並不知道它與生物時鐘相關。因此,研究團隊先在Lhx1表現量降低的小鼠中觀察他們的視神經上核神經元的活動狀況。他們發現,當Lhx1表現量降低時,雖然視神經上核的神經元們各自仍然存在著晝夜節律,但是整個視神經上核卻呈現不同步的狀態。

接著,研究團隊將小鼠們的作息移動八小時,發現降低或不表現Lhx1的小鼠,可以很輕鬆的適應時差。這代表了,如果可以找到人類版本的Lhx1,並在跨時區旅行時,預先使用藥物改變Lhx1的表現,或許我們也可以輕鬆的調整時差了?!

雖然這個想法聽起來很棒,但是由於視神經上核位於下視丘內,也就是說,這個藥物必需要能夠通過血腦障壁(Blood-Brain Barrier,BBB),這部分其實並不容易喔!

不過,由於降低或不表現Lhx1的小鼠,同時也會影響另一個基因:Vip(vasoactive intestinal peptide)的表現,而Vip蛋白在小鼠實驗中也可以使視神經上核恢復同步,或許可以經由影響Vip來影響視神經上核,從而使跨時區旅行者與輪班工作者能夠更輕鬆的調整時差?這聽來非常有趣,不過筆者認為,是否能經由調整「主時鐘」而達成調整全身代謝的目的,可能還需要進一步的評估;當然,如果真的可以,對於輪班工作者應該是個很大的福音,畢竟沒有人會想要因為上夜班而損失了健康不是嗎?

(臺大科教中心擁有此文版權,其他單位需經授權始可轉載)

參考文獻:

2014/8/13 Single gene controls jet lag, study finds. Science Daily.

2014年8月25日 星期一

珊瑚蟲如何找到定居的好地方?

做父母的都知道,小孩長大了,總是要「舉翅不回顧,隨風四散飛」的;但是如果父母是珊瑚蟲、是魚,他們的小朋友又要如何找到好地方居住呢?尤其是珊瑚蟲,一固定下來就是一輩子,如果找到的地方有大量的海藻胡亂增生,很快地,海藻就會把資源都搶光,珊瑚蟲就會死翹翹...

最近,位於亞特蘭大的喬治亞州理工學院(Georgia Tech)的研究團隊發現,珊瑚蟲跟小魚,都是靠著他們的嗅覺「聞」出好地方來。

一隻雄珊瑚蟲釋放精子。許多珊瑚的繁殖都是藉著在同一時間
釋放精子與卵子,在水中受精後,受精卵孵化為珊瑚蟲,
珊瑚蟲便開始靠嗅覺「聞」出定居的好地方。
圖片來源:維基百科

他們的研究分成兩個部分。他們先去斐濟(Fuji)群島不同的地區採取海水,一區是充滿了健康的珊瑚的區域,另外一個區域則長滿了海藻。

接著,他們在魚缸裡面不同的區域釋放這兩種海水,觀察他們從斐濟海域捉來的珊瑚蟲幼蟲與小魚們的行動。

結果發現,珊瑚蟲的幼蟲與小魚們會游離長滿海藻區域的海水。同時,他們會游近充滿健康珊瑚區域的海水。統計起來,珊瑚蟲的幼蟲與小魚,每游靠近健康珊瑚區域的海五到六次,只會有一次游靠近海藻區域的海水。

對小魚來說,因為魚是脊椎動物,應該可以聞得到氣味;當然這個氣味是什麼,還需要進一步去了解。但是珊瑚蟲屬於刺胞動物門(Phylum Cindaria),是相當原始的動物,竟然也會「聞」得出氣味,真是令研究團隊驚訝!

而且,當他們在海域中進行同樣的實驗--這次他們把兩種氣味的海水相隔了100公尺--他們還是看到一樣的結果。在海藻區域的海水附近,彷彿有一道無形的牆,這些珊瑚蟲的幼蟲跟小魚們,就是不會靠過去。

這個實驗結果,對於珊瑚礁的重建是一個很好的工具。未來科學家們可以在清理完特定的海域後,再釋放健康珊瑚區域的海水來吸引珊瑚蟲的幼蟲--以及其他小魚--到這個海域來生活,這樣應該比拼命放珊瑚蟲幼蟲跟小魚要方便一些,成功率或許也可以提高?

參考文獻:

2014/8/21. Baby corals and fish smell their way to the best home.

2014年8月24日 星期日

瓶裝水安全嗎?

出門如果沒有自備杯子,瓶裝水應該是想喝水時的唯一選擇了;相信大家也聽過各種有關瓶裝水的都市傳說,如「80% 得癌症原因是因為在車裡喝礦泉水,快轉告家人吧!」(筆者附上連結是為了以昭公信,表示的確有這篇文章,但請各位讀者不要點選,以免增加點閱率)這種說法甚囂塵上,有一段時間筆者大概每天都會在FB上面看到它出現一次。

圖片來源:維基百科


但是,瓶裝水真的有這麼危險嗎?

由上面的都市傳說可知,瓶裝水的危險主要是來自於塑膠瓶的雙酚A(biphenol A,BPA)以及塑化劑等溶出到水裡。但是真的會溶出嗎?如果溶出,濃度是否真的會很高?

最近一個西班牙的研究團隊,檢驗了362個品牌的瓶裝水,其中包含了來自131個礦泉水以及泉水,還有3個經處理的淨水。檢驗的樣品包括新出廠以及出廠一年後的兩個樣品。檢驗的範圍包括五種鄰苯二甲酸酯(phthalate,包括聲名狼籍的DEHP等)、DEHA、烷基酚、以及雙酚A。

檢驗結果發現,只有5.6%的瓶裝水測到塑化劑(DEHP、DEHA)或雙酚A。它們在瓶裝水中的濃度很低,遠低於最大容許量。研究團隊說,以DEHP在瓶裝水中的濃度來算,一個人一天要喝231公升的瓶裝水,當天的DEHP才會到達最大容許量;而雙酚A則要一天喝124公升。除此之外,瓶子的形狀對於瓶裝水中這些物質的含量並沒有影響;不過,如果是含有碳酸的氣泡水,則這些物質的含量會略有影響。

雖然檢驗結果表示瓶裝水是安全可飲用的,大家可能還是會想到都市傳說裡提到的是「放在車裡的水」。對於這部分,西班牙的研究團隊並沒有測試,不過國內曾有媒體進行測試,結果是至少在一週內是安全可飲用的。當然一開封就是另外一回事了,除非倒在杯子裡,否則接觸到口腔物質,建議還是趕快喝光比較安全。

其實以環保的角度來看,出門還是自備水壺或杯子,不要買瓶裝水比較好。畢竟台灣一年用掉45億隻保特瓶,雖然可以回收再製,但是一個保特瓶最後只能回收0.7個,而因為使用100%回收的塑膠產生的保特瓶不會是透明無色的,因此業者還是要加入七成的新料,才能產生接近透明的保特瓶(資料來源:看守台灣);因此,能夠不使用才是最好的。

分享這個研究,只是要告訴大家:瓶裝水的安全性是可以接受的,真的不得已的時候,還是可以喝,也別忘了回收空瓶。當然,能夠自己帶水、不用喝瓶裝水,是最好的!

參考文獻:

Albert Guart, Francisco Bono-Blay, Antonio Borrell, Silvia Lacorte. 2014. Effect of bottling and storage on the migration of plastic constituents in Spanish bottled waters. Food Chemistry. 156:73-80.

2014/8/22. Water quality in glass, plastic bottles: Better than expected in Spanish study. Science Daily.

2014年8月21日 星期四

尼安德塔人與克羅馬農人曾同在歐洲多久?

最新的證據,顯示尼安德塔人在歐亞大陸獨自生活了
至少二十萬年。圖片來源:維基百科

早在25萬年以前,尼安德塔人就出現在歐洲和亞洲了。直到他們絕種之前,大部分的時間裡,他們唯一生活在歐亞大陸的人類。 這個狀況一直到,現代人類出現並取代他們。

尼安德塔人的分佈範圍。圖片來源:維基百科

到底尼安德塔人與四萬五千年前出現的智人(也就是克羅馬農人)在歐亞大陸並存了多久,一直都是爭辯的核心。有些研究人員說,他們幾乎沒有重疊。

由英國牛津大學的研究團隊於今天(2014/8/21)發表在Nature的一篇新的研究報告得出結論,尼安德塔人在三萬九千年前完全滅絕。

研究團隊在這項研究中,採用了最新的樣品製備和統計技術,鑑定了從西班牙到俄羅斯的40個點的樣品,以增加日期測定的準確性。

結果發現,取決於他們居住的確切區域,尼安德塔人與現代人大概只在歐亞大陸上共存了兩千六百到五千四百年。

雖然這篇研究報告沒有對尼安德塔人滅絕的原因進行推測,研究結果支持尼安德塔人在生存競爭上輸給了現代人,而不是因氣候變化或其他因素自行滅絕。作者還認為,有些尼安德塔人在晚期才出現的創新技術,如複雜的個人飾物和石器,實際上可能是「文化適應」(acculturation)的結果:也就是說,這些行為可能複製自現代人,或受到現代人啟發而來的。

參考文獻:

2014/8/20. Neandertals and modern humans overlapped in Eurasia, but not for long. Science Now.

Thomas Higham and Katerina Douka et. al., 2014. The timing and spatiotemporal patterning of Neanderthal disappearance. Nature.512, 306–309. doi:10.1038/nature13621

2014年8月20日 星期三

當國王的特權:喝進口酒?

發生在十五世紀後半的英國的玫瑰戰爭(War of the Roses),終結了金雀花王朝(the Plantagenet dynasty)的統治,開啟了都鐸王朝(the Tudor dynasty),也象徵了英國中世紀的結束。

玫瑰戰爭的最後一場戰役是博斯沃斯戰役(Battle of Borsworth Field)。在那場戰役裡面,理查三世(Richard III)被亨利‧都鐸(就是後來的亨利七世)以及他的叔叔賈斯柏‧都鐸打敗,而且還當場戰死。戰死後的理查三世被草草地埋葬在一個修道院中,後來該修道院在1538年被亨利八世下令剷平,從此沒有人知道理查三世被埋葬在何處。

理查三世(Richard III),圖片來源:維基百科
直到近代,根據許多資料,考古學家判定修道院應該已經成了萊斯特市(Leicester)的法院停車場。就在2012年的9月,考古學家在那個停車場找到了一具骨骸,經過鑑定也確定是理查三世沒錯。

莎士比亞曾將理查三世寫成戲劇。劇中理查三世被寫成一個邪惡的叔叔,為了謀奪王位不惜殺害自己的兩個親姪兒,同時莎士比亞也把他形容成一個駝背、雙手萎縮的怪物。

從2012年出土的骨骸發現,理查三世容或是個駝背(他有嚴重的脊椎側彎[scoliosis]),但是他的雙手完好,所以莎士比亞應該只是為了戲劇效果,將他描寫成一個可怕的怪物吧。

在歷史上,理查三世在自己的哥哥愛德華四世(Edward IV)逝世以後,原本他被任命為護政王(Lord Protector),前往路得洛(Ludlow)迎接他12歲的姪子愛德華五世即位;但是在還沒有即位之前,愛德華的母親與愛德華四世的婚姻被宣布無效。這麼一來,愛德華與他的弟弟理查就成為私生子,不能繼承皇位。

由於愛德華四世沒有其他由合法婚姻所產生的孩子,因此便由愛德華四世的弟弟理查(筆者按:英國皇室的名字一再重複,真是令人混亂...)即位,也就是理查三世。

由於整個即位的過程疑雲重重,加上愛德華四世的兩個兒子被關進倫敦塔後,就沒有人再看到他們了,所以在理查三世1483年即位後,就有兩批人馬出來反他;第一批功敗垂成,第二批終結了他。

最近萊斯特大學(University of Leicester)研究理查三世的骨骸後發現,理查三世在即位以後,不但飲食的內容大大改善,而且還喝了很多進口酒呢!

原來,隨著技術的發展,現在考古學已經可以經由鑑定骨骸的牙齒、肋骨與股骨(femur)的氧與鍶的同位素含量,了解死者在不同的時期是否有搬家?以及他的飲食是否有改變等等。

原來,我們牙齒的琺瑯質(enamel)中的磷酸鹽(Ca10(PO4)6(OH)2),在牙齒形成之後就不會再有變化了;因此,當牙齒琺瑯質形成時,一起被「包」進去的氧跟鍶原子,也就不會有變化。所以只要分析牙齒琺瑯質的氧原子與鍶原子,就可以了解在牙齒琺瑯質形成的時候--那時候大約是我們的童年到青春期早期--我們住的地方是否有改變。

怎麼說呢?原來鍶在不同地區、不同時間的分佈都很不均一,而它可以取代牙齒與骨質磷酸鹽中的鈣,加上牙齒琺瑯質形成後就不會再有變化,因此只要牙齒琺瑯質裡面的鍶原子比例,再與其他部位的鍶原子比例作比較,就知道這個人是否搬過家。

對理查三世來說,考古學家從他牙齒的鍶原子含量了解到,他大概在七歲的時候,搬到一個不一樣的區域。根據歷史記載,他在那個時候由約克郡的Middleham古堡搬到路得洛去。

而骨頭可以告訴我們不同的故事。由於骨頭會不斷的更新,而且不同部位的骨頭更新速度不同,所以可以經過分析鍶與氧原子的比例,了解死前某段特定的時間他的飲食的變化。其中鍶反映出來的主要是食物的攝取,氧主要反映的是水份的攝取。如股骨等長骨更新慢,可以反映死者死前10-15年的飲食狀況;而肋骨更新快,可以幫助我們了解他死前2-3年的情形。

由理查三世的股骨分析可以看到,他在死前10-15年時吃得不錯,大約跟當時貴族的飲食相當;而由股骨中的氧同位素也可以看出,他又搬回去東英格蘭了。在那段時間他回到約克郡,跟Anne Neville結婚。

而將他股骨與肋骨的同位素分析比較來看,研究團隊發現,在他死前二至三年(即位)間,他不但吃得更好(他的菜單裡面有淡水魚、野生鳥類,甚至還可能吃過白鷺!),而且從他肋骨中的氧同位素分析發現,他可能又搬家了?!

但是,歷史紀錄顯示他一直住在同樣的地方,並沒有搬家。因此,研究團隊認為,這可能代表理查三世有喝到外來的水。

不過,當時的歐洲人其實很少喝單純的水。跟華人不一樣,歐洲人他們不喝煮開的水,但是在中世紀喝生水是一件危險的事,因此歐洲人「以酒代水」,歐洲北部的人喝麥芽酒,歐洲南部的人喝葡萄酒。

既然他們多喝酒而少喝水,理查三世的骨骸中的氧元素變化,唯一的解釋就是:他在即位為英國國王之後,經常喝進口酒。

在當時,喝進口酒其實並不容易,不管是麥芽酒還是葡萄酒,因為缺乏適當的保存技術,其實都相當容易腐壞;雖然十五世紀時,歐洲人已經知道將麥芽酒加入啤酒花煮一個半小時,可使麥芽酒變成較容易保存的啤酒,但是英國人並不喜歡啤酒花給麥芽酒帶來的苦味。因此,要喝到進口酒,恐怕要用快馬/馬車兼程運送,一般百姓應該是喝不起的,大約也只有君臨天下的國王,才有辦法出動這樣的資源吧!

再過兩天(8月22日)就是理查三世戰死的日子,不知道他地下若有知,會說什麼呢?

參考文獻:

2014/8/18. James Urquhart and Chemistry World. Richard III Really Ate and Drank Like a King. Scientific American

林秀嫚.考古學研究的科學趣味:看骨頭說故事.科技大觀園

比爾‧勞斯。2010。改變歷史的50種植物。

狗是人類最好的朋友,還是人類最好的僕人?

相信大家都聽過「狗是人類最好的朋友」這句話。同時養超過一條狗的人,有人觀察過狗之間的互動嗎?

最近有兩個研究團隊的發現,可能要讓「狗是人類最好的朋友」這句話重新改寫。

維也納獸醫大學(Messerli Research Institute at the University of Veterinary Medicine Vienna)的兩位科學家,研究狼與狗的群體行為後發現,雖然很多人認為狗群之間存在著合作關係,而狼群之間則是下位者需要服從上位者,但研究的結果指向相反的發現。

灰狼(Canis lupus)是狗的祖先,但是狼懂得合作,狗不會?
圖片來源:維基百科

科學家們使用了圈養的狼與混種狗(米克斯,mixed breed)來進行這個實驗。這些狼與狗從十天大的時候就帶到奧地利的狼科學中心的園地開始飼養(Wolf Science Center in Game Park Ernstbrunn),讓他們習慣有人類在周圍的生活。等長大一些的時候,便開始把他們各分為四群,每群從兩隻到六隻不等,讓他們習慣跟同類結伴生活--當然,這時候狗群、狼群就會開始發展出他們的社會行為。

接著開始進行不同項目的測試。首先是「用餐挑戰」(mealtime challenge)。科學家們把一條低階的狗(或狼)與一條高階的狗(或狼)配對,但是只給一碗食物。測試的結果發現,對狗來說,每一次都是高階的狗「整碗端去」;但是對狼的測試結果則是大家都享受得到食物。

接著,在成群尋找食物的測試中,科學家們又發現,當狼群們對於哪裡有吃的有不同的意見時,狼們會互相以眼神交換意見,最後少數會服從多數。但是,當類似的狀況在狗群中發生時,領頭犬(top dog)永遠都要求低階的狗要服從他的決定。

其他的科學家也有類似的研究成果。在俄勒岡州立大學(Oregon State University)的Monique Udell,比較10條有人飼養的狗、10條由動物之家帶出來的流浪狗、與10匹圈養的狼的行為。

她給這些動物一罐香腸,看牠們是否會自己想辦法在兩分鐘之內把它打開。結果10匹狼裡面有8匹順利完成任務,但是沒有一條狗完成任務--有些連試一下的慾望都沒有。

但有趣的是,當同樣的任務給小狗的時候,小狗卻可以在兩分鐘之內打開。這表示狗並不是缺乏智慧或技能來打開這個罐子。而當成年的狗被主人要求「去打開這個罐子」的時候,有些狗也可以順利完成。

這顯示了什麼呢?這顯示了狗狗不能打開罐子的原因,可能是因為他在「等命令」--等待主人下令。對照前面在奧地利獸醫大學的結果,顯示了狗之間的互動是存在著階級的,而狗與人之間的互動,可能也有階級的存在。或許狗狗眼中的人,其實是「領頭犬」。

狗把人類當朋友,還是當「領頭犬」呢?
圖為埃及人養的狗Tesem。
圖片來源:維基百科

雖然這個發現,對一些馴狗人來說可能是晴天霹靂,但是畢竟當初人類馴養狗的時候,對狗的要求是「服從命令」而非「作朋友」。因此,狗群之間的互動,也不過就是呈現人與狗的互動的另一種方式罷了。只是當沒有主人存在時,「領頭犬」便轉換為真正的狗。

當然,這兩個研究有一些地方還是值得討論。兩個研究中,為了觀察的方便,研究者都不約而同地使用了圈養的動物;誠然圈養的動物再進行測試上比較方便,但是野外的狗群與狼群是否也是如此互動,可能需要進一步的野外觀察記錄才能確定。再者,雖然在奧地利的研究使用了混種狗,但是「純種」狗的品系如此之多,混種狗的品種來源無法被追溯,結果也不一定能代表大部分的狗。就如另一位動物行為學家James Serpell提到,他們發現貴賓狗與拉不拉多狗在成群的時候的行為就跟德國牧羊犬不同。

筆者家中也有兩條狗。雖然這樣的樣本數實在不足以立論,但是觀察牠們的行為倒是覺得,狗之間應該是有上級與下級的區分的。不知道養超過一條狗的朋友們能否提供一些觀察心得嗎?

參考文獻:

2014/8/19. Science Now. Wolves cooperate but dogs submit, study suggests.

2014年8月18日 星期一

伊莉莎白女王(Elizabeth I)的黑牙齒

十六世紀的一位德國旅人,在旅行到英國時得以覲見伊莉莎白女王。當時據說女王已經65歲(也就是說,這件事應該是在1598年發生)。

1575年時的伊莉莎白女王。
圖片來源:維基百科
1595年的伊莉莎白女王,應該很接近
德國旅人看到的形象。圖片來源:維基百科
這位德國旅人寫下他對女王的印象:

The Queen, in the 65th year of her age (as we were told), very majestic; her face oblong, fair but wrinkled; her eyes small, yet black and pleasant; her nose a little hooked, her lips narrow, and her teeth black.
「女王今年六十五歲了,但還是很莊嚴;她的鵝蛋臉雖略有皺紋,但皮膚還是很好;黑色的眼珠閃耀著愉快的光芒;鼻尖略微彎曲,配上薄薄的嘴唇跟黑牙齒。」

看到「黑牙齒」時,大家應該都會嚇一跳吧!女王的黑牙齒,是因為吃太多糖,加上當時每天刷牙尚未被認為是一種好習慣的關係。歐洲直到十七世紀末(當時女王已經去世多年)到十八世紀初,才於法國開始有醫生推動每天刷牙。事實上,有紀錄顯示,伊莉莎白女王到晚年牙齒都蛀光了。

當時的英國,只有貴族吃得起糖,而一直到1655年(當時女王已經逝世超過50年了),英屬巴貝多群島(Barbados)所產的第一批蔗糖才運到英國,接著糖在英國的價格才開始逐漸下降,而糖也隨著用量的增加,開始從醫藥逐漸轉變為食品。

以我們現在看起來,糖頂多可以當作安慰劑,而不會有什麼實際上的醫療用途。但是,當時的英國人以及歐洲人是相信糖有醫療效果的。這部分的「迷信」主要是來自於伊斯蘭教徒,據信他們可能在公元前400年前就已經開始種植甘蔗。

一份在伊朗發現的第九世紀的阿拉伯文件上面已經詳載了波斯、土耳其兩地的甘蔗的種植到製糖過程。不過當時歐洲人還不知道蔗糖,直到十字軍東征(第十到十一世紀),歐洲人才看到、吃到蔗糖,學會怎樣種甘蔗,並在加納利群島(Canary Islands)、瑪黛拉島(Madeira)等地種起甘蔗來。

歐洲人由伊斯蘭教徒那裡學到了糖可以做為藥用,並且深信不疑。在一本十二世紀的醫書(Circa Instans)中提到,發燒、乾咳、肺病、嘴唇乾裂以及胃病都可以用糖治癒。但是當時並不是人人吃得起糖,糖在當時的價格可能比黃金還要貴,所以對於負擔不起糖的窮人家,醫師會以蜂蜜來代替。看在現代人的眼裡,由於全球暖化加上蜂群崩潰問題,現在好的蜂蜜不容易買,筆者也看到有許多朋友找出「古方」相信蜂蜜可以治病,對照將近一千年前的狀況,未免有滄海桑田之感。

由於當時糖的價格十分昂貴,而且這個狀況一直持續到十七世紀,於是在十四、十五世紀時,糖成為歐洲貴族炫富的手段。歐洲的王族與貴族,以能在宴會中擺設用糖、杏仁與杏仁油調製成的膏狀物所做成的雕塑來彰顯自己的權力與財富。 在Thomas Warton的History of English Poetry書中曾經記載,牛津大學校長 Wareham,在他即位時的盛宴的第一道菜就是用糖膏雕塑成牛津大學的模型:包括了八個塔、塔下有國王、有Wareham以及許多的學者,都穿著正式服裝,排成四句拉丁韻文。在當時,這些糖的雕塑在宴會上是要跟與會者分享的;也就是他們會被吃掉。

雖然十七世紀以後糖開始成為食品,而在現代我們都被教育「不要吃太多糖」,也都了解糖是造成齲齒的原因;但是在現代社會,製作這些可愛的糖餅模型仍然成為慶典時的一種傳統;如聖誕節的薑餅屋製作、生日或婚禮時蛋糕上的小人等。

不過,在所有的歐洲人裡面,最愛吃糖的可能就屬於英國人了。英國人愛吃糖的程度,連在歐洲最早開始產糖的西班牙人都大為吃驚。在十七世紀初(1603年)跟著西班牙大使Villamediana伯爵來到英國的西班牙人記錄下了英國人如何的喜愛甜食:

At Canterbury the English ladies are described as peeping through the latticed windows...at the hidalgos, who presented the "curious impertinent fair ones" with the bonbons, comfits, and sweet meats that were upon the table, "which they enjoyed mightily; for (it is remarked) they eat nothing but what is sweetened with sugar, drinking it commonly with their wine and mixing it with their meat."
「在坎特伯利的英國淑女們,擠在格子窗外偷看放在桌上的甜食:小糖果、包裹著糖衣的堅果或果乾、糕點等等。這些她們都好喜歡。任何東西不加糖他們就不吃,連喝酒也要在酒裡面放糖,煮肉也要放糖。」

comfits(堅果或果乾外面包著糖衣)
圖片來源:維基百科

因此,也就不難想像,從十七世紀開始,因為英國開始在西印度群島的殖民地產糖,糖的價格開始一路穩定下跌之後,英國人吃糖就吃得愈來愈凶了。根據估計,英國人在十八世紀的頭十年(1700-1709),每年人均糖攝取量是4磅(1.8公斤);而這個數字在1720-1729年翻了一倍,到十七世紀末(1780-1789)時增加到三倍(12磅,5.4公斤);到十九世紀的頭十年增加到四點五倍(18磅,8.1公斤)。

到這個時候,糖已經成為英國人的生活必需品,而用餐時的甜點也從十七世紀只有富有人家才吃得起,到十九世紀時,每餐都一定要有甜點了。這時候,黑牙齒已經不是貴族的專利,而是人人都可以有一口黑牙齒了;幸好也在那個時間點,開始有牙醫推動每天刷牙,而大量生產的牙刷也在1885年問世。雖然當年那位德國旅人認為,英國的平民因為買不起糖,所以(口腔的)健康狀況應該比貴族要好得多,但是對於當時的英國王族與貴族來講,糖是好東西,吃得起糖又是一種身份與財富的象徵,所以,為什麼不吃呢?

參考文獻:

Sideny W. Mintz. 1985. Sweetness and Power: the Place of Sugar in Modern Society. Penguin Books USA. ISBN : 0140092331

Toby Musgrave and Will Musgrave. 2000. An Empire of Plants : People and plants that changed the world. Cassell.ISBN: 9781844030200

Mary Bellis. History of Dentistry and Dental Care.

2014年8月15日 星期五

吃泡麵會得心血管疾病、糖尿病,還會中風?

大家從小應該都聽過家長說過,泡麵有防腐劑,常吃肝臟會壞掉、會變成木乃伊等等這類的話吧?

泡麵。圖片來源:維基百科

說歸說,可是對於在外面唸書的學生來說,泡麵實在是恩物。生活費不足的時候吃它、考試前熬夜時吃它、外面下雨懶得出去的時候吃它、缺少飯友沒動力出門的時候吃它、就是懶得出門的時候吃它...筆者還記得大學時甚至為了方便,買了一個特大號的鋼杯跟電湯匙,連去飲水機裝熱水都免了呢!

在台灣,大學生應該是吃泡麵吃最凶的族群了吧?想猜猜全世界吃泡麵吃最凶的人是那個國家呢?

答案是:南韓。南韓的「人均泡麵消耗量」是全世界最高的,所以最近Baylor的研究團隊便找上了南韓來研究吃泡麵對健康是否真的有影響。

他們調查了一萬零七百一十一位19-64歲的南韓民眾,其中有54.5%是女性。

研究團隊發現,一週吃兩次或更多次泡麵,與代謝症候群的發展有相關性。而代謝症候群繼續發展下去,就會導致心血管疾病、糖尿病與中風。而這個相關性在女性比男性更高。

為什麼會有性別上的不同呢?研究團隊認為可能是因為女性在生理上就與男性不同造成,而由於這個研究是要求受試者自己記錄每週吃的東西,或許女性記錄的比較翔實,所以比較容易顯出相關性。

研究團隊認為,除了泡麵本身的問題以外,或許碗麵的保力龍碗在加熱時會釋出雙酚A(bisphenol A,BPA)也對於健康造成影響。雙酚A會干擾賀爾蒙(尤其是雌激素)的作用,或許這也是使泡麵對我們的影響呈現性別上的差異的原因。

其實泡麵多半都只有大量的碳水化合物,目前也已經知道,經常性的攝食大量的碳水化合物會導致肥胖,而肥胖也會導致代謝症候群;加上泡麵多半都是高油、重鹹,多吃對健康真的是不好。如果泡的是碗麵,不但會產生難以回收又萬年不化的保力龍垃圾,在加熱時還會釋出雙酚A,對健康真的是有百害而無一利。

如果真的非吃不可,建議一週最多吃一次,不要泡碗麵吧!

參考文獻:

2014/8/12. Can instant noodles lead to heart disease, diabetes and stroke? Science Daily.

2014年8月14日 星期四

氯奎(chloroquine)可以治癌?!

做為一種抗瘧疾用藥,氯奎(chloroquine)的身世其實還蠻坎坷的。1934年德國拜耳實驗室(Bayer Laboratories)發明了它,當時取名為resochin,但是卻覺得毒性太高不適合使用。9年後(1943)美國人解放突尼斯時得到了它,當時正因為爪哇被日本人佔據以後,造成天然奎寧短缺,於是美國人便出錢支持各種抗瘧疾的藥物的臨床試驗,這時氯奎才終於出頭。

氯奎。圖片來源:維基百科

但是,在1950年代,世界衛生組織為了消滅瘧疾,在全世界展開根治瘧疾運動,包括使用DDT噴灑以消滅瘧蚊以及廣泛使用合成抗瘧藥(氯奎),結果造成抗氯奎的瘧原蟲增加,特效藥似乎不再有效了。

原本看來似乎氯奎要被打入冷宮了,但後來它被發現可以用來治療風濕性關節炎以及紅斑性狼瘡。原來氯奎對免疫系統有輕微的抑制作用,所以對於自體免疫性疾病它可以有一些效果。

最近更有意思的事情是,氯奎竟然還可以抗癌?!原來氯奎可以抑制自體吞噬作用(autophagy)。自體吞噬作用與抗癌有什麼關係呢?

大家應該知道癌細胞是一群會不斷增生(也就是細胞不斷分裂)的細胞。由於不斷進行細胞分裂,所以癌細胞對能量的需求很高;當能量的需求過高時,它們便會感受到壓力;這時,自體吞噬便會啟動,吞噬掉一些癌細胞,使整體對於能量的需求下降。

所以,如果關掉癌細胞的自體吞噬作用,癌症便有機會進入緩解,而罹癌的器官也可以撐久一點。剛好氯奎就可以做這件事,所以近年來也有人用氯奎治療癌症。

最近有兩個研究團隊發現,氯奎對於癌症的治療效果,並不單單只是在抑制自體吞噬作用而已;它還會使得腫瘤附近的血流變少(回復到正常組織的血流狀況),而這也會使得腫瘤變得比較不具攻擊性。

筆者想,降低腫瘤附近的血流,也會使得腫瘤細胞感受到壓力;加上自體吞噬作用又被關閉,癌細胞也無法利用自體吞噬來降低它們對能量的需求,於是只好無可奈何的掛了...

有句話好像是這麼說的:「如果上帝關了一扇門,祂會另外開一扇窗。」對於許多藥物,不僅僅是氯奎,似乎也可以用得上這句話?如威而剛原先是高血壓用藥、而K他命現在被用於憂鬱症的治療等等...誰說藥物只能有一種用途?

參考文獻:

2014/8/11. Malaria medicine chloroquine inhibits tumor growth, metastases, study shows. Science Daily.

2014年8月13日 星期三

關於遠古共祖(LUCA)的大哉問

地球上的生物怎麼來的?目前廣為大家接受的起源說,簡單來說就是我們都從同一鍋湯(primodial soup)開始的。套用舊小說的說法,經過「天真地秀日精月華」,「感之既久」,最後我們的遠古共祖就產生了。

當然,這個「天真地秀日精月華」其實是當時的大環境:高溫、無氧、空氣中充滿了甲烷、硫化氫等有毒氣體,火山時常爆發、地面上流動的水都是在高溫之下等等...這樣的環境在現代人看來,絕對不適合生物生存,但是我們的遠古共祖,卻在那樣的狀況下產生了。

接著,我們的遠古共祖產生了細菌(bacteria)跟古細菌(archea)兩大分支,然後這兩大分支再繼續演化....最後就成了我們多采多姿的地球。

但是,光是細菌跟古細菌之間,在細胞膜的構造上就有極大的分別。

細胞膜脂質構造:古細菌(上)、細菌與真核生物(中)
細胞膜構造:古細菌(下右,10)、細菌與真核生物(下左,9)
圖片來源:維基百科
首先,雖然大家的細胞膜脂質都是由甘油(glycerol)連接脂肪,但是古細菌的甘油與脂肪間的連結是甘油醚鍵(glycerol-ether),而細菌與真核生物的是甘油酯鍵(glycerol-ester)。由於醚鍵比酯鍵穩定,一般認為這是為什麼古細菌可以生活在很熱、鹽分濃度很高的地方的原因。

接著,與脂質連接的甘油是相反的;然後,古細菌使用的脂質跟細菌與真核生物完全不同。古細菌的脂質是由異戊二烯(isoprenoid)連成的聚合物構成的;而真核生物與細菌則是由脂肪酸構成的。

最後,有些(但不是全部)的古細菌並沒有脂質雙層,而是單層。目前認為這些不同都增加了古細菌在高溫、高鹽環境下的生存能力,但同時也告訴我們,古細菌跟細菌,在演化上很早就分開了。

不過雖然細菌與古細菌在細胞膜上有這麼大的差別,但是他們的共同點(也是所有地球上生物的共同點)就是大家獲取能量的機制都依賴氫離子運輸之後產生的電位差來合成ATP。

但是,我們誰都無法回到數十億年前去看我們的遠古共祖。因此,在倫敦的University College London(UCL)的一群科學家們,試圖用數學模擬來了解,究竟我們的遠古共祖(UCL研究團隊稱之為LUCA, Last Universal Common Ancestor)可能的樣子,以及它如何演化出這麼特別的能量獲取機制呢?

經過數學模擬,研究團隊們認為,我們的遠古共祖的細胞膜應該是「漏」(leaky)的。

漏?漏什麼呢?當然不是漏佛法....(冷笑話,請自動忽略),是漏氫離子,也就是質子(proton)。

模擬的結果顯示,我們的遠古共祖應該是住在海床上,附近有出水口。海床附近有含有豐富質子的海水,而出水口時不時地會噴出僅含少量質子的鹼性液體。當這兩種水流交會時,便使得遠古共祖周圍的質子濃度會產生變化;而由於遠古共祖的細胞膜是「漏」的,當周圍環境的質子濃度改變時,質子也會跟著流出流入我們的遠古共祖,於是我們的老祖宗就發展出運用質子濃度變化來合成ATP的機制了!

隨後,當某些遠古共祖細胞自行發展出可以操縱質子流動的蛋白質複合體(protein complex),這些細胞便可以脫離位於海床上出水口周圍的環境,開始發展出更多的機制;當然,細胞膜也不能再漏了。由於當初大家是各自在海床上演化,因此就產生了古細菌這一大分支以及細菌與真核生物這另一大分支;而地球的環境在「大氧化事件」(GOE,great oxygenation event)之後環境丕變,開始有利於好氧菌以及後續的真核生物...

有趣嗎?筆者對於數學模擬/電腦模擬總覺得有些疑問,不過看起來是挺有意思的!

參考文獻:

2014/8/12. Our ancestor's 'leaky' membrane answers big questions in biology. Science Daily.

2014年8月12日 星期二

非洲樹蛇boomslang會讓你「死得很難看」

住在撒哈拉以南的非洲樹蛇(當地俗稱boomslang,學名Dispholidus typus),因為生性害羞、動作又很快,通常很難讓人注意到牠;加上牠的毒牙位於口腔的後方,使得牠要咬人需要把嘴巴打開170度才能用毒牙咬人。因此,有很長一段時間牠一直被認為是不具有威脅性的毒蛇。

至少直到1957年的9月之前大家都是這樣想的。

雄性的非洲樹蛇。雌性是棕色的。圖片來源:維基百科

1957年的9月26日,來自芝加哥的林肯公園動物園(Lincoln Park Zoo)爬蟲類學家 Karl P. Schmidt在9月25日,當他打開一袋蛇(裡面有一隻年青的非洲樹蛇)時,大拇指被咬了。由於幾小時內沒有特別的感覺,他對於這次的意外毫不在意。甚至隔天早上他還跟助理說他覺得很好,打算要回去上班了。但是當天下午兩點(大約是他被咬後的24小時),他被發現在家中陷入昏迷,最後的死因是呼吸終止以及大腦嚴重出血。

原來,非洲樹蛇的毒液是一種血液毒素(hemotoxin)。它會破壞紅血球、阻礙凝血機制、損害器官。通常患者初期(被咬幾個小時以後)會出現的症狀包括頭痛、噁心、想睡覺,以及「每樣東西看起來都有點黃黃的」(可能是因為視網膜出血)。

但是接著發生的事情就一點都不有趣了。接著患者身上的所有的開口:包括鼻孔、牙齦、身上極小的傷口都會開始出血(七孔流血?九孔流血?),然後肌肉、大腦開始出現內出血,接著便血、尿血以及吐血而死。想到實在是令人覺得毛骨悚然。

Karl P. Schmidt的死震驚了爬蟲界,因為大家原來都認為這種蛇是無害的。不過,雖然這種蛇目前被認為是非洲最毒的幾種蛇之一,但是因為牠生性害羞,而且絕不跟他吞不下的東西正面對峙,加上牠住在樹上,所以通常人們根本不會注意到牠。

事實上,直到如今,全世界被牠咬死的人不會超過10個。而Karl P. Schmidt跟牠的致命的相遇,其實蛇兒只是為了自衛罷啦...加上現在對牠的毒性的了解,所以被咬之後,只要趕快去治療,通常不會致死。

其實蛇怕人,比人怕蛇還多。所以台灣雖然有許多毒蛇,但只要大家注意到山裡面爬山時注意腳下,遵守專家的建議登山健行於草叢內行走,應以手杖或竹竿隨時 撥弄來『打草驚蛇』;而水邊地區、開墾區,最容易有蛇出沒,需細心行走等等,其實被咬的機會也很少,不是嗎?

參考文獻:

Bec Crew. 2014/8/10. This snake’s venom makes you bleed from every orifice until you die.

2014年8月11日 星期一

日光不只對醫療工作的品質有幫助喔!

上次筆者跟大家分享了康乃爾大學的研究「日光可以協助醫院提升醫療品質」之後,有些朋友問我對於其他行業,即使不需要輪班,是否日光也可以幫助提昇工作品質呢?

雖然筆者覺得應該是肯定有,但是沒有相關的研究證明,似乎也不應該馬上就給出答案來。

最近,伊利諾大學的研究發現,適度的照射日光,對於一般上班族的健康有幫助。而且,只需要提供有對外的窗戶的辦公環境,就可以看出差別。

這個研究調查了49位白天班的上班族。其中有27位辦公室沒有對外的窗戶,另外22位有對外的窗戶。一半的受試者以腕戴式活動記錄儀(actigraphy)記錄他們的日常活動以及是否有接受到日光等。

結果發現,比起完全沒有對外窗戶的辦公室,有對外的窗戶的辦公室,平均可以使員工多照射1.7倍的日光;而這些員工,平均每晚可以多睡46分鐘,睡眠的品質也較好(較少睡眠干擾sleep disturbance),活動力也較高。

雖然這篇研究沒有提到這些上班族的工作表現,但是筆者想,晚上睡得比較熟、睡得比較久,白天的精神當然也會比較好,工作表現應該也不會差吧?

筆者不禁想到之前工作的沙克研究所(The Salk Institute of Biological Studies),很多人知道The Salk是以建築設計聞名,但是較少人知道的是,沙克博士(Dr. Jonas Salk)當初找建築師設計時的理念就是「不能讓任何一間研究室沒有對外的窗戶」,現在看起來,沙克博士在五十多年前(The Salk創立於1960年)的理念,真的是領先世界喔!

沙克研究所一隅。圖片來源:維基百科
雖然,當筆者在那裡工作時發現,因為總是有層出不窮的遊客(日本觀光客最多)來參觀沙克的建築,因此有些研究室為了不讓自己有「魚缸」的感覺,已經將部分的窗戶用海報貼起來了...

沙克研究所,由海往內陸看。圖片來源:維基百科
沙克研究所,由內陸往海看。這個角度走過去,腳會發軟!
圖片來源:維基百科
參考文獻:

2014/8/8. Natural light in office boosts health. Science Daily.

2014年8月8日 星期五

恩索現象(ENSO)有愈演愈烈嗎?

所謂的恩索現象(ENSO),是聖嬰(El Niño)與南方震盪(Southern Oscillation)的合稱;早期本以為這兩個現象互不相干,但現在大部分的學者都已經認同這兩件事是互相有關連的。

在正常的狀態下,赤道風將溫暖的海水向西(亞洲、印度)吹送;而這時冷的海水會從南美洲海岸區上湧,使得鯷魚會游近海岸,讓秘魯的漁民有鯷魚可捉,海鳥有食物可吃。而亞洲、印度因為溫暖的海水而帶來季雨。

正常狀況的太平洋。圖片來源:維基百科
在聖嬰年時,東太平洋氣壓降低,西太平洋氣壓就上昇,使得南太平洋的東南信風減弱或甚至往相反的方向吹,造成溫暖的海水不再往西岸吹送;於是在南美洲冷的海水不上湧,鯷魚游到離岸較遠的地方,漁夫沒有鯷魚可抓、海鳥大量餓死。而這時印度也因為溫暖的海水不到來,於是季雨不降臨,鬧旱災。

聖嬰年的太平洋。圖片來源:維基百科
由於這個現象最早是由秘魯的漁民發現,而且海水變暖的時間都是在聖誕節前後,所以被稱為「聖嬰」現象。而東西太平洋之間的氣壓就如蹺蹺板一樣,此高彼低、此低彼高,因此被稱為「南方震盪」。目前認為南方震盪是啟動聖嬰的關鍵。

說了這麼多,其實聖嬰年就是多災多難的年份;因此,研究ENSO的學者,無不致力於了解它究竟如何發生,以及發生的頻率,試圖從中找到一些答案。過去的研究都認為ENSO應該是在全新世(Holocene,即最近的一萬一千年左右)之後才開始的,而且有愈演愈烈的狀態。

不過,最近有一群美國、法國、秘魯的科學家們所組成的研究團隊,研究在秘魯海邊的七個地點的貝殼,發現現代ENSO的機制,其實在四萬五千年前到三萬年前就已經建立了;而過去一萬年來ENSO出現頻率的變化並不顯著。

研究團隊測定七個地點的貝殼中的碳同位素與氧同位素含量。其中碳同位素含量可以確定貝殼的年代,而氧同位素的含量可以確定在牠活著的時候的二到四周間的海水溫度。由這些數據,研究團隊發現得到過去一萬年來ENSO出現的頻率。

參考文獻:

Matthieu Carré, Julian P. Sachs, Sara Purca, Andrew J. Schauer, Pascale Braconnot, Rommel Angeles Falcón, Michèle Julien, Danièle Lavallée. 2014. Holocene history of ENSO variance and asymmetry in the eastern tropical Pacific. Science. DOI: 10.1126/science.1252220

Brain Fagan. 洪水、飢饉與帝王。浙江大學出版社。

2014年8月5日 星期二

日光可以協助醫院提升醫療品質

無所不在的日光已經陪伴了我們幾千萬年。我們已經習慣日光所提供的光質、光量,任何人工光源都很難完全取代它。
日光的全光譜。圖片來源:維基百科

在室內種植過植物的人應該會注意到,隨著時間過去,植物會變得較為蒼白、細弱;即使是耐陰植物如黃金葛,也可以看出明顯的差別。

也有許多研究發現,日光對動物的生存也非常重要。對人來說,即使撇開維生素D的合成不提,適度的暴露於日光下,對身體的健康(肝臟)也很有幫助。

最近康乃爾大學(Cornell University)的一項研究顯示,讓護理師接觸到日光(如將天然光引進護理站),可以提升護理師的專注力、提振情緒。

研究團隊發現,能夠接觸到日光的護理站內的護理師,比起接觸不到日光的護理師,前者的情緒比較穩定、比較常有笑聲、跟同事的互動也比較融洽,照顧病人時也比較能保持愉快的心情。

因此,研究團隊建議醫院可以適度的引進自然光到護理站。如果因為建築本身的設計無法達成,也可以考慮引進人工光源(如:太陽燈)。雖然現在的人工光源跟陽光還是稍有不同,但比起冷光燈(日光燈、T5、T7燈管),太陽燈泡跟陽光的相似度還是多得多了。

把護理站的光源改成太陽燈泡,或是在護理站附近提供
室外場所,讓護理師可以去曬曬太陽,都是幫助護理師們
提振精神的好方法。圖片來源:維基百科

參考文獻:

2014/8/4. Daylight is best medicine for nurses. Science Daily.

馬的「耳目傳情」

之前看過一項研究提到, 55%的有效交流依賴肢體語言和目光接觸; 37%的有效交流依賴語氣語調; 只有8%的有效交流依賴語言。

當然,這項言就是針對人的溝通,而近年來也有許多研究針對靈長類的溝通。所有這些研究都發現靈長類的溝通不完全靠語言,還包括了肢體語言等等。但是其他的生物之間的溝通,是否也包括了這些呢?

最近的一個研究發現,馬可以由其他馬的目光與耳朵進行溝通。研究團隊在兩桶馬的飼料前面貼一張跟真馬相同大小的照片,但是有時照片裡的馬的眼睛被蒙著,有時照片裡的馬的耳朵被蒙起來。

然後他們讓24匹馬一一走進來,觀察馬的行為。

結果發現:當馬的耳朵或眼睛被蒙起來時,走進來的馬會隨意取食這兩桶其中的一桶;但是當馬的眼睛與耳朵沒有被蒙起來時,走進來的馬大部分都會去吃照片裡的馬面對的那一桶食物。也就是說,馬兒或許沒有像我們兩眼向前、或許沒有複雜的語言、或許因為四腳著地不能像我們一樣打手勢;但是他們可以用眼神跟耳朵來「打PASS」給伙伴。

他們在聊些什麼呢?圖片來源:維基百科

事實上,不能打手勢的動物,或許眼神跟語氣更重要呢!過去曾有研究發現,狗可以從其他狗的叫聲,判別出那隻狗的大小。這篇研究又讓我們知道,靈長類之外的動物,也可以用肢體語言與眼神交會來傳遞信息。

或許,我們認為動物沒有語言,只是一種人類的主觀偏見罷啦。這部分,格列佛應該最能了解吧!

參考文獻:

2014/8/4. Horses read each other's ears. Science Now.

2014年8月2日 星期六

是否有一天躺著也能減肥?

有人說減肥是全民運動。大部分的人一生就算沒有減過肥,其實也都會有注意到自己身上的「肉」好像多了一點,應該要控制一下飲食的經驗。

其實,我們通常說的「肉」,都是「肥肉」,也就是脂肪。但是,我們身上的脂肪組織其實分成兩種。大部分身體內的脂肪都是白色脂肪(white fat),主要的功能是儲存脂肪以及提供能量;也是我們減肥的主要目標。但是哺乳動物除了有白色脂肪以外,還有「棕色脂肪」(brown fat),他可以燃燒自己儲存的脂肪,幫助我們維持體溫。棕色脂肪在哺乳動物的嬰兒身上很多,但是長大後會減少到只剩下鎖骨附近的區域。

雖然棕色脂肪主要的功能是維持體溫,過去的研究也知道,冷可以使棕色脂肪開始加速燃燒產生熱能,使體溫上昇;這個過程稱為「棕色脂肪產熱作用」(brown fat thermogenesis)。 但是,科學家們一直都很感興趣的部分是:如果我們能夠啟動棕色脂肪燃燒,是否也可以把「多餘的」脂肪給燒掉,達成減重的目的呢?

如果有一天我們真能人工啟動棕色脂肪,是否睡著也能減肥呢?
圖片來源:維基百科

目前知道,棕色脂肪產熱作用是透過交感神經系統(sympathetic nervous system)啟動的。位於棕色脂肪組織的交感神經末稍,分泌正腎上腺素(norepinephrine),使得棕色脂肪組織開始大量燃燒儲存的脂肪分子。因為交感神經系統是屬於自律神經的一部份,也就是說,我們無法用我們的意志來啟動棕色脂肪組織,讓他為我們產熱。

過去對棕色脂肪產熱作用的了解得知,正腎上腺素會使一個稱為PGC-1α的蛋白質大量表現;接著這個PGC-1α蛋白會去啟動另一個稱為ERRα的蛋白質,然後棕色脂肪產熱作用就開始了。但是,缺乏ERRα或是PGC-1α基因的小鼠,在冷的環境下還是可以正常地啟動棕色脂肪產熱作用;這代表了與PGC-1α蛋白相關的路徑並非唯一可以啟動棕色脂肪產熱作用的途徑。

那麼,還有什麼可以啟動棕色脂肪呢?

最近,一群Scripps的科學家們,在研究ERRβ蛋白時,無意間發現了這個蛋白質(他是一個細胞核內受體nuclear receptor)竟然跟棕色脂肪產熱作用相關!

一開始研究團隊對ERRβ蛋白知道的並不多;他們只知道這個蛋白位於棕色脂肪細胞內,長得跟ERRα蠻像的。

於是他們開始了大海撈針之旅。為什麼說大海撈針呢?因為他們總共篩選了一萬八千個蛋白質,想要找出哪一個跟他們的蛋白有互動。最後,他們終於找到了GADD45γ。

當他們找到GADD45γ時,由於這個蛋白質在老鼠暴露於低溫後會在棕色脂肪中大量表現,於是他們很快就想到:莫非這與棕色脂肪產熱作用相關?莫非這是PGC-1α之外的另一條途徑?

於是研究團隊開始研究GADD45γ蛋白質,接著他們發現,冷會使得位於棕色脂肪的交感神經末稍分泌正腎上腺素,而正腎上腺素除了會啟動PGC-1α之外,也會使得GADD45γ蛋白的表現量上昇;接著GADD45γ蛋白便會去活化兩個蛋白質:除了ERRβ之外,還有ERRγ。而ERRγ接著也會啟動棕色脂肪產熱作用。

更讓研究團隊興奮的事情是:缺少GADD45γ基因的小鼠,他的棕色脂肪產熱作用也發生了缺損。這代表在啟動棕色脂肪產熱作用上,GADD45γ的角色,比之前發現的PGC-1α更重要。不過,要使棕色脂肪產熱作用完全發揮,這兩條路徑缺一不可。

可能會有讀者說,那麼,這也並不代表我們就馬上可以用人工的方法來啟動棕色脂肪產熱作用,來達到「躺著也能減肥」的目的啊?的確是如此,不過,深入了解如何啟動這個機制,也就代表未來我們可以想辦法來啟動它--在眼前,可能要在冷天少穿點,也可以啟動棕色脂肪產熱,對減肥也多少有些幫助。更何況,多多啟動棕色脂肪,可能也可以預防糖尿病呢!

參考文獻:

2014/8/1. Scientists find new calorie-burning switch in brown fat. Science Daily.

2014年8月1日 星期五

雖然大家可能都做過,但是最好別做的...在泳池裡尿尿

夏天到了,有多少人去過泳池呢?

圖片來源:維基百科

其實筆者不怎麼喜歡去游泳,因為夏天的游泳池與其說是游泳,不如說是泡水;有時人多到連要游五公尺都很難,手一划腳一踢都會打到人踢到人...更別提人一多,水質就變差了。

水質變差有很多原因,包括大家的汗水以及身體上的皮屑等等,雖然泳池總是要大家入池前要先沖洗一下,但是當人多到一個程度時,再怎麼沖洗其實那麼多人的汗水跟皮屑以及皮膚上的分泌物,還是會讓水質下降到不很理想的程度;更不要提總有一些人認為都要下泳池了,幹嘛要沖洗呢?小時候,家中的長輩還會認為既然都游泳了,回家就不用洗澡了呢!

當然,水質會變差還有一個原因,雖然大家都知道這件事情做不得,但是還是有人會做這件事:在泳池裡尿尿。

為什麼不上岸去使用廁所呢?對小孩來說常常是因為貪玩,到了來不及的時候只好直接解放;但也有人說因為要穿脫泳衣實在太麻煩這類的原因。有些人會說,反正泳池裡面有消毒水,而且那麼大一池水,一泡尿也沒多少,有那麼大的關係嗎?

事實上,在泳池裡尿尿,除了噁心以外,還有更重要的原因我們不該在泳池裡尿尿。這個原因,就是來自於泳池會使用的消毒藥水。

泳池裡的消毒藥水,主要的成分是次氯酸(HOCl,Hypochlorous acid)。次氯酸加到水裡主要的功能是殺菌,不是中和尿液;而且,當次氯酸遇到尿酸(uric acid, C5H4N4O3)時,會生成氯化氰(cyanogen chloride,CNCl)與三氯胺 ( trichloramine,NCl3)。而氯化氰與三氯胺已經被懷疑跟氣喘以及其他呼吸道疾病有關。

當然,讀者可能會說,一泡尿會影響那麼大嗎?事實上,不需要有人尿尿在泳池裡,因為汗水裡面也有少量的尿酸(比尿液少得多了),只要有人流汗,就已經可以讓泳池裡的氯化氰與三氯胺濃度上昇了!根據普渡大學(Purdue University)的Blatchley博士研究發現,一場游泳比賽之後,泳池裡的氯化氰與三氯胺濃度上昇了四倍!游泳比賽時應該沒有人會有心情在裡面尿尿吧,所以,光是八到十個人的汗水,就可以讓泳池裡的氯化氰與三氯胺濃度上昇如此之多,更不要提您的「小號」了。

最後,再跟大家強調一次,說了這麼多尿酸與次氯酸的化學反應,其實在泳池裡尿尿,除非您自己馬上上岸(那就上岸再尿就好啊!),否則我們游泳時,多少還是會喝到泳池的水,難道不覺得噁心嗎?

2015.6.26更新:根據CDC的報告,尿酸與次氯酸的化學反應所產生的氯化氰與三氯胺,是我們之所以游泳的時候眼睛會紅的原因(筆者想到小時候游完泳眼睛都會紅!);另外,CDC也提到,如果最近兩週內曾經腹瀉,千萬不要去游泳!因為您會把細菌散播到泳池的水中!

參考文獻:

2014/7/15. Carrie Arnold. Don’t Put the “Pee” in Pool. Scientific American.