2015年10月31日 星期六

再來談談這所謂的「實驗」

上次我們談過的牛奶實驗(請點連結以喚醒記憶),因為有些觀念還沒有釐清,所以想再花一點時間跟大家聊聊。

後來那個實驗又被不同的人重複做過,但是筆者要很嚴肅的說:這個實驗本身不能證明牛奶是否是人工成分。

怎麼說呢?我們先來看一下這張照片。

圖片來源:網路
這張照片的上半部有一條彎彎的粗線,那是細菌在上面生長。如果有培養過細菌的朋友應該會注意到,這個培養基的顏色非常非常淺。這種培養基叫做M9,是所謂的最少培養基(minimum medium)。

我們來看一下M9培養基的成分:

5倍的M9鹽 20 毫升
20%的葡萄糖溶液 2 毫升
1M 的硫酸鎂(MgSO4) 200 微升
1M的氯化鈣(CaCl2) 10 微升
水 78 毫升
(資料來源:冷泉港

而5倍的M9鹽含有以下成分
磷酸氫鈉(Na2HPO4‧7H2O)64克
磷酸二氫鉀(KH2PO4)15克
氯化鈉(NaCl) 2.5克
氯化銨(NH4Cl) 5克
加水到一公升。
(資料來源:冷泉港

看到了嗎?整個M9培養基裡面只有化學藥劑,看不到「牛奶」、「果汁」等等字眼,全部都是從實驗室的藥瓶子裡面拿出來的東西!但是細菌還是能長喔!

其實,用細菌長不長來證實產品是否天然是沒有意義的。為什麼呢?因為細菌並不挑嘴,只要是能吃的,它並不在乎來源是不是天然。對細菌來說,一塊糖不管是來自於甘蔗汁、還是來自於實驗室的藥罐子裡面,對細菌來說通通都一樣。

筆者以前在唸書的時候常常要泡這種M9培養基,如果不夠小心還是一樣會污染。污染就是長雜菌,所以細菌其實一點都不介意成分是否天然。

牛奶放在開放空間中幾天不會長菌,有可能是因為當地的空氣落菌量不高,所以細菌要掉進去的機率不大;另外,乳品製造過程中有所謂的均質化的步驟,將牛奶中大小不一的乳脂球打均勻。當乳脂球打到夠小的時候,乳品也會變得不容易凝結成塊。

雖然主要決定牛奶會不會變酸是滅菌後的殘菌量,但是當乳脂球在均質化的過程中被打到極細時,也相對降低了細菌在裡面繁殖的能力。

所以,想要用細菌會不會長,來證實產品是否天然,是沒有任何意義的。筆者再說一次,想要證明產品有沒有問題,唯一的方法是送檢驗。不要再浪費食物去做那種無意義的檢驗啦!

最後來張簡單的資訊貼圖:

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上一集:來談談這所謂的「實驗」

防蚊液還是有DEET的最有效

常常看到網路上有人宣傳不要用含有DEET(敵避、待以妥)的防蚊液,理由大概都是因為它是人工合成的;筆者查了一下網路上的資訊,提到DEET對魚類可能有害,對人體大致上來說,只要不噴在傷口上、以及不讓黏膜接觸到(不噴在靠近口鼻的區域),大致上都還可以。
DEET。圖片來源:wiki
同時,市面上有許多天然的防蚊液,號稱可以有效驅蚊。真的那麼有效嗎?

新墨西哥州立大學的研究團隊,測試了十種不同的防蚊液的驅蚊效果。其中有三種含有不同濃度的DEET,另外七種,其中五種為含有天然成分的防蚊液,一種是香水(維多利亞的秘密Bombshell),一種為含有維生素B1的防蚊貼布。

維多利亞的秘密Bombshell香水。
圖片來源:網路
研究團隊以世界衛生組織的標準測試方法,測試四個小時內的防蚊效果。結果發現,對於埃及斑蚊(Aedes aegypti)與白線斑蚊(Aedes albopictus),只有DEET可以成功的預防他們的叮咬。其中濃度最高的(98.11%的有效成分為DEET)防蚊液可以成功防蚊四小時;濃度較低的兩種防蚊液,只在兩小時內效果較好。

至於其他的天然防蚊液與防蚊貼片呢?

對埃及斑蚊來說,除了含有檸檬桉(lemon eucalyptus,有效成分為對 - 薄荷烷-3,8-二醇,PMD, p-Menthane-3,8-diol)成分的防蚊液可以在整整四小時內有效驅蚊外,其他的天然防蚊液在三十分鐘後就沒有效果。而維生素B1的防蚊貼片完全不具有防蚊功效。
PMD。圖片來源:wiki

對白線斑蚊來說,有兩種有機防蚊液可以有效驅蚊;其中一種還是含有檸檬桉的成分,另一種則含有香葉醇、迷迭香精油、肉桂精油與檸檬香茅精油。有趣的是,白線斑蚊也不喜歡香水的味道,不過香水的效果在兩小時後就沒有了。至於維生素B1的防蚊貼片也是完全無效。

測試的結果發現,不同的蚊子對不同的氣味會有不一樣的反應。白線斑蚊對天然防蚊液比較敏感,不知道是否與牠的嗅覺相關基因特別多有關呢?而香水可以驅蚊,這也令人覺得有點驚訝。雖然過去也曾有雅芳(Avon)的產品因為含有香豆素而有驅蚊的效果,不過在這次的測試裡,雅芳對白線斑蚊的效果較好,對埃及斑蚊則看不出什麼效果。

至於之前謠傳的維生素B群可以防蚊,相信大家看過這篇之後,這個謠言就不攻自破了。不管是白線斑蚊還是埃及斑蚊,維生素B1的防蚊貼布都完全無效

筆者自己也是捕蚊燈,到哪裡都被咬得體無完膚!看完這篇研究,要誠懇的建議大家,如果要出去玩的久一點,建議還是買有DEET成分的防蚊液吧!若非要用有天然成分的防蚊液,可能還是以含有檸檬桉精油(PMD)成分的為佳。如果要自製防蚊液,在這篇研究裡使用的含有檸檬桉精油的防蚊液,精油的成分為30%喔!太少可能效果就沒有那麼好呢!

最後來張簡單的資訊貼圖:

認同請分享。圖片來源:老葉

文獻來源:

Stacy D. Rodriguez, Lisa L. Drake, David P. Price, John I. Hammond, Immo A. Hansen. 2015. The Efficacy of Some Commercially Available Insect Repellents for Aedes aegypti (Diptera: Culicidae) and Aedes albopictus (Diptera: Culicidae) DOI: http://dx.doi.org/10.1093/jisesa/iev125

2015年10月28日 星期三

來談談這所謂的「實驗」

圖片來源:網路

最近這個「實驗」很多人轉,但其實這個實驗從頭到尾都是有問題的。

版主昨天先去調查了一下兩家鮮奶的滅菌方法,兩家都是U.H.T.(攝氏130度超高溫瞬間殺菌),瑞穗鮮乳是3-5秒,林鳳營是2-5秒。當然,實際上用來滅菌的儀器以及操作,對最後產品的品質會有一些變數,但基本上U.H.T.會讓牛奶成為無菌。所以兩種產品立足點是大致相同的。

但將牛奶倒在沒有處理過的碟子上、放置五天,首先兩個碟子上面的含菌量不見得相等(在家裡的碟子,怎麼知道沒有被其他人碰過?倒入牛奶前有沒有消毒過?),再來是兩盒牛奶從超市/超商買回來,是否有先擦拭處理過?直接打開倒入碟子,紙盒的開口也會被手上的細菌污染,如果根本沒有洗手、或只是用清水洗過手而沒有用酒精擦拭或以肥皂洗手,哪一盒牛奶先被開啟,那一盒的開口會接觸到比較多的細菌。

再來是,牛奶是否凝固,其實要看遇到什麼種類的細菌。凝固是蛋白質變性,變性反應可以因為酸鹼值改變(如果是細菌通常是變酸)、也可以是因為加入鹽類所造成。但環境中空氣的落菌數的多少,也會影響到兩碟牛奶是否會在五天內成功凝固;而兩碟牛奶放置的位置(是否接近通風口等等),也會有影響。再者放在家裡沒有人看管,五天碟子裡面還有這麼多牛奶(從照片可以看出來牛奶的量在五天內變化很少),版主其實是相當懷疑的。不要說是含有固形物的牛奶,放那麼一小碟水五天,早就乾掉了,怎麼可能還是這樣呢?

最後,若真的對到底牛奶裡面的成分有什麼疑問,其實網友們可以集資將各家鮮奶一起送到公正的檢驗單位去進行檢驗,而不是自行在家進行這種一點都不科學的實驗。

如有讀者想知道筆者家裡喝什麼鮮奶,義美是家裡的首選,其次才是林鳳營、味全、光泉等。

p.s.筆者只挑出最大的問題,至於有沒有進行三重複等等...只要對於科學研究略有所知的讀者,應該都知道這個「實驗」其實除了抹黑以外沒有任何意義。

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下一集:再來談談這所謂的「實驗」

參考新聞:

林鳳營鮮乳放5天不變質? 業者喊告。自由時報。

網友實測!林鳳營VS.瑞穗鮮乳 室溫放五天 一個發臭另一個卻.....。卡提諾論壇。

松鼠大作戰

紅松鼠。圖片來源:wiki

在英國,紅松鼠 (Sciurus vulgaris) 因為來自美洲的灰松鼠 (Sciurus carolinensis)的入侵,數量從1950年代的三百五十萬隻降到13萬隻。威爾斯西北角的安格爾西(Anglesey)島,經過18年的努力後,宣稱該島已經沒有灰松鼠了。

灰松鼠。圖片來源:wiki

這個島上的灰松鼠,據信是1960年代從大不列顛島跨海而來,到了1998年該島只剩下40隻紅松鼠。灰松鼠也被認為是攜帶松鼠痘(squirrel pox,正式名稱為Squirrel parapoxvirus),該疾病使紅松鼠死亡,但在灰松鼠身上不產生症狀。

由於Esme Kirby女士的努力,該島最後一次看到灰松鼠已經是兩年前(2013)的事了;總共有超過兩百名志工參加了這個消滅灰松鼠的計畫。基於人道考量,他們使用人道陷阱捕捉灰松鼠後,再以「一擊必殺」的方式給牠們一個痛快。

目前他們打算把執行經驗與附近的郡分享,希望能夠讓全英國的灰松鼠消失,讓紅松鼠能夠再度自由自在的跳躍於樹林間。

參考文獻:

2015/10/26. The place that has wiped out grey squirrels. BBC.

2015年10月25日 星期日

白線斑蚊(Aedes albopictus)的基因體告訴我們什麼?

白線斑蚊。圖片來源:wiki

白線斑蚊(又名亞洲虎蚊 Asian tiger mosquito)的基因體已經定序完成了。

對於這位臺灣的原住民,我們目前從基因體學會了多少呢?

我們先來看一下一些關於白線斑蚊基因體的冷知識。
圖片製作:老葉

白線斑蚊是亞洲原產,原本的活動區域只有東亞(包括臺灣)、西太平洋與印度洋等區域,但在過去四十年間,成功的散佈到全世界;目前除了南極洲以外,都可以看到牠。

最近在台灣令人聞風喪膽的登革熱(dengue fever),白線斑蚊是重要的病媒蚊。除了登革熱以外,白線斑蚊還能傳播另外25種病毒,包括黃熱病、屈公病(Chikungunya fever)等。因為牠會在白天活動,跟埃及斑蚊(Aedes aegypti)不同,所以防治上也要注意這一點。

雖然對登革熱來說,埃及斑蚊才是主要的病媒蚊;但最近的幾次登革熱疫情,包括在中國、夏威夷、加蓬(Gabon,在非洲)以及歐洲,牠都擔任了重要的角色。而且在過去也曾發現屈公病病毒發生突變,使自己更適應白線斑蚊,提高傳播的效率。

白線斑蚊的基因體有十九億六千七百萬個鹼基對(1967 Mb),是目前已經定序的蚊類中最大的。第二名是埃及斑蚊,有十三億七千六百萬的鹼基對(1376 Mb)。但是這麼大的基因體,超過三分之二(68%)都是重複的序列;也因為這樣,雖然有這麼大的基因體,但只有17,539個基因,比起基因體只有牠的三分之一弱(540 Mb)的家蚊屬的Culex quinquefasciatus有18,883個基因,白線斑蚊的基因少了百分之八。這些重複的序列裡,有許多都在過去一千萬年左右出現。

除了重複的序列(主要由反轉錄轉位子retrotransposon組成)以外,白線斑蚊的基因中帶有186個負責解毒的細胞色素氧化酶P450基因(CYP,cytochrome-oxidase P450),相對埃及斑蚊只有168個,甘比亞瘧蚊(An. gambiae)只有104個,果蠅(D. melanogaster)只有87個。其中代謝除蟲菊精(pyrethroid)的CYP9J基因也找得到。

除了抗除蟲菊基因外,白線斑蚊還帶有「兩份」抗有機磷類殺蟲劑(temphos)的基因CCEae3A。這類的殺蟲劑屬於神經毒素,不但吃下去有毒,接觸到也有毒性。白線斑蚊的基因體中,除了CCEae3A基因以外,還有其他63個羧基/膽鹼酯酶(CCE,carboxyl/cholinesterase)的基因,與埃及斑蚊和家蚊屬相當。

另外,白線斑蚊還有32個穀胱甘肽 S-轉移酶(GST,glutathione S-transferase)基因,比埃及斑蚊、甘比亞瘧蚊多,但比果蠅少。這類的基因也跟抗殺蟲劑有關。另外,白線斑蚊還有71個ABC基因(同類中最多),這類的基因也與抗藥性有關連。有這麼多的抗藥基因,也就難怪白線斑蚊是非常成功的入侵物種了!

除此之外,白線斑蚊還有86個氣味結合蛋白(OBP,odorant-binding protein)與158個嗅覺受體(OR,odorant receptor)。與其他生物相比,黑斑蚊屬(Aedes)的蚊子在嗅覺相關基因上是最多的,超過家蚊屬(Culex)與瘧蚊屬(Anopheles)。而目前所知的所有的蚊子的嗅覺基因都比果蠅多。不知道這是否意味著黑斑蚊的嗅覺是所有蚊類最好的?

有意思的是,在白線斑蚊的基因體中,有不少黃病毒屬(flavivirus)的基因。雖然埃及斑蚊也有,但是在白線斑蚊的基因體中存在的病毒基因更多樣。光是登革熱病毒的基因,在白線斑蚊體內就共可以找到24個完整或不完整的序列。由於這些序列的邊界沒有重複的序列存在,顯示了它們應該是透過重組、而非轉位來進入白線斑蚊的基因體中。

從這些基因體定序的資料,我們不難理解為何白線斑蚊成為世界級的害蟲;加上牠還有71個滯育(diapause)基因,這些基因可以讓牠在胚胎、幼蟲、成蟲時期,遇到環境不適合的時候,便減緩或停止生長以及降低代謝率,好讓自己可以熬過去。筆者想,要對付這個可怕的敵人,大概就只能多多清潔居家周圍的環境了!

參考文獻:

Xiaodong Fang and Anthony A. James et. al. 2015. Genome sequence of the Asian Tiger mosquito, Aedes albopictus, reveals insights into its biology, genetics, and evolution. PNAS. www.pnas.org/cgi/doi/10.1073/pnas.1516410112

2015年10月22日 星期四

天賦使鸚鵡成為卓越的跨界聲優

聽過鸚鵡學人講話嗎?筆者家中雖然沒有養過鸚鵡,但卻養過家八哥(Acridotheres tristis),還學會了說「哈囉」、「你好」、「乖」,以及吹口哨。網路上也有許多具有語言天才的鸚鵡,有些還會唱歌呢!

會學人說話的鳥有許多種類,但是牠們都分佈在鸚鵡形目(Psittaciformes)、雨燕目(Apodiformes)、以及雀形目(Passeriformes,俗稱鳴鳥songbirds,八哥就是其中的一種)中。除了鳥類以外,哺乳類如大象、瓶鼻海豚、殺人鯨以及港海豹(Phoca vitulina)也都曾被觀察到模仿其他動物的叫聲,但哺乳類中最厲害的「跨界聲優」,還是要首推人類(Homo sapiens)。

其實學「別人」說話是模仿(imitation)行為的一種,而模仿與即興創作(improvisation)對發聲學習(vocal learning,指修改所產生的聲音的音響和/或句法特徵的能力)是非常重要的。發聲學習是語言裡不可或缺的行為,我們要先能夠發出複雜的聲音,才能進行更複雜的溝通、提升社會的凝聚力以及進行文化傳承。

目前,只有在五種(類)的哺乳類以及三大類(如上)的鳥類中發現複雜的發聲學習行為:哺乳類除了前述的人、大象、鯨豚類(cetaceans)、鰭足類(pinniped,海獅與海豹)以外,還有蝙蝠。

在所有這些具備複雜的發聲學習行為的動物中,只有人、鸚鵡形目的鳥類,以及雀形目中的鴉科(Corvidae)的「跨界」學習(模仿其他動物的叫聲)能力較強。而人以外的這些「跨界」的聲優中,鸚鵡的學習能力又是最強的。

雖然過去曾針對雀形目以及雨燕目的鳥類進行他們大腦中的發聲系統(song system)的研究,但真正的超強跨界聲優--鸚鵡--卻只針對虎皮鸚鵡(budgerigars,如下圖,Melopsittacus undulatus)進行研究。

虎皮鸚鵡。圖片來源:wiki

來自美國威斯康辛大學(University of Wisconsin)的研究團隊,為了要了解究竟為何鸚鵡能成為卓越的跨界聲優,他們研究了虎皮鸚鵡大腦的基因在歌唱時與不歌唱時的表現、追蹤不同腦區之間的連結性,並與其他鸚鵡以及雀形目、雨燕目的鳥類做比較後發現,原來鸚鵡之所以能成為動物界的超強跨界聲優,是因為他們腦中的發聲系統跟其他的鳥類不同。鸚鵡的發聲系統除具備了三類鳥兒們都有的發聲核心系統(core song system)之外,還有外殼(shell)系統。
啄羊鸚鵡。圖片來源:wiki

外殼系統不只是不存在於雀形目與雨燕目的鳥類腦中,甚至在研究團隊針對不同種類的鸚鵡進行比較時,也發現在不同種的鸚鵡中也有不同。如紐西蘭的啄羊鸚鵡(kea,Nestor notabilis,如上圖)只具備有不完全的外殼系統。在不同種類鸚鵡的研究結果顯示了,鸚鵡獨有的發聲系統可能在至少在兩千九百萬年前就獨立演化出來了。

研究團隊認為,發聲系統的核心與外殼之間的相對大小,能夠反映個別鳥種的發聲學習與認知能力。虎皮鸚鵡的跨界學習能力超強,根據資料,1994年逝世的「帕克」(Puck),能說1,728個字,是目前鳥界紀錄保持者。至於只有不完全外殼系統的啄羊鸚鵡呢?筆者查了一下資料,似乎並沒有牠會學其他生物發聲的紀錄,倒是有許多關於這種鳥超強好奇心的記載。網路上有些鸚鵡甚至看來具備了一些對話能力(如帕克就可以自行重組句子),但究竟這是認知能力的展現,或只是長久學習的條件反射?大概有賴於後續的研究了。

本文版權為台大科教中心所有,其他單位需經同意始可轉載)

參考文獻:

M. Chakarborty et. al., 2015. Core and Shell Song Systems Unique to the Parrot Brain. PLOS ONE. 10.1371/journal.pone.0118496

2015年10月21日 星期三

斑紋隱小鱂(Kryptolebias marmoratus)的散熱之道

斑紋隱小鱂。圖片來源:wiki
斑紋隱小鱂(mangrove rivulus,Kryptolebias marmoratus)分布於加勒比海沿岸,體長可達7.5公分,棲息在泥底質的河口區、沼澤濕地、溝渠、水塘淡水及半鹹水水域。在水溫上昇時,牠會「爬」到岸上。

過去科學家一直認為他爬到岸上是為了散熱,但是想當然爾不見得就一定是事實,最近以感熱攝影技術,終於證明牠們爬上岸的確是為了讓自己涼快、涼快,以免過高的溫度傷害的神經系統。

研究發現,斑紋隱小鱂只要一「爬」到岸上,在30秒內就可以讓自己涼快下來。而這個冷卻的效果主要是經由體表的水分蒸發(蒸發散熱,evaporative cooling),類似於我們流汗散熱的效果。雖然我們流的是自己的汗,而斑紋隱小鱂只是單純蒸發體表的水分,但是水分蒸發時就會一併帶走體表的熱,達到散熱的效果。

科學家們也發現,即使在相對濕度95%的狀況下,斑紋隱小鱂還是可以經由蒸發散熱來降溫。

這讓筆者想到,熱帶雨林在下午的時候有時會出現所謂的"Jungle Steaming"的現象,因為植物需要進行光合作用,只要體內水分充足,白天的時候就一定會打開氣孔,但是當相對濕度已達100%時,從氣孔蒸發出去的水分,馬上就形成小水滴。這些小水滴會讓雨林看起來好像在冒煙...不知道斑紋隱小鱂在相對濕度100%時,會不會看起來也像身體在冒煙的樣子?

參考文獻:

2015/10/20. Sid Perkins.When the water gets too hot, this fish heads to shore. Science Now.

2015年10月18日 星期日

研究古人的牙結石

牙結石。圖片來源:wiki

刷牙是十九世紀以後才變得普遍的事,所以可以想見,古人都有一口爛牙(參考「伊莉莎白女王(Elizabeth I)的黑牙齒」),而牙結石當然也很普遍。

根據維基百科上的資料,牙結石主要由唾液中的醣蛋白(glycoprotein)與細菌(主要是鏈球菌Streptococcus mutans以及其他厭氧菌)先形成,然後其他的成分慢慢隨時間黏上去。這些其他的成分包括植物、肉、花粉、細菌、澱粉以及碳顆粒等等。當它們被黏上去以後,細菌與唾液的醣蛋白再包裹上去,慢慢的牙結石就長大了。

對我們來說,牙結石會造成牙週病;但是對於考古學家來說,這些牙結石(dental plaque)卻成為重要的資源。在考古上,科學家們發現,成為化石的牙結石含有最豐富的古生物DNA。以重量來計算,每毫克(milligram)的牙結石化石含有百倍到千倍於其他化石的DNA含量。

因此,考古學家以及古生物學家,雖然他們不是牙醫,但是他們也會拿起牙醫師的工具,仔仔細細地幫古人刮除牙結石喔~雖然,古人已經不再需要為牙週病煩惱了!

當然,因為古人不刷牙,所以古人的牙結石其實還蠻驚人的...根據奧克拉荷馬大學的人類學家Christina Warinner說,她曾經看過的最大的牙結石化石有利馬豆(lima beans,大小約1-3公分)那麼大呢!

筆者很不喜歡洗牙,當然每天還是會很努力的用牙線;雖然不想洗牙,但也不想留下太多珍貴的考古資源吧(哈~)。

參考文獻:

Megan Gannon. Meet the Dentist to the Dead. Scientific American

2015年10月17日 星期六

Wow,這條幼蟲被下過蛋了

Leptopilina boulardii。圖片來源:wiki

Leptopilina這一屬的寄生蜂以果蠅的幼蟲為食,但是一條幼蟲只能養大一隻寄生蜂,寄生蜂媽媽要怎麼知道這條幼蟲已經被下蛋了呢?

由於寄生蜂媽媽唯一直接與果蠅幼蟲接觸的機會,就是在產卵時以針狀的產卵器(ovipositor)與刺入幼蟲體內,因此,最有可能的就是經由產卵器。

寄生蜂的產卵器上有味蕾,由六個神經元組成。科學家為了要了解寄生蜂媽媽的產卵器是否真的能「嚐」出果蠅幼蟲是否被下蛋了,他們把果蠅幼蟲的血塗在產卵器上,紀錄不同的血是否會傳送不同的信號到寄生蜂媽媽的腦中。

結果發現,沒有被下過蛋的、被下過一顆蛋的、被下過兩顆蛋的果蠅幼蟲血,在與寄生蜂媽媽的產卵器接觸後,產生的信號都不相同(如下圖)。尤其是被下過兩顆蛋的果蠅幼蟲血(下圖c),產生的信號與沒有被產卵(下圖a)以及被下過一顆蛋(下圖b)的果蠅幼蟲血,有非常大的不同。
圖片來源:PLOS One

因此,寄生蜂媽媽在把產卵器插入果蠅幼蟲體內時,的確可以在短短幾秒內就測出這條幼蟲是否已經被訂走了;從而決定是不是還要產卵。

參考文獻:

Sara Ruschioni et. al., 2015. Insects Can Count: Sensory Basis of Host Discrimination in Parasitoid Wasps Revealed. PLOS One. 10(10): e0138045. doi:10.1371/journal.pone.0138045

2015年10月15日 星期四

大象為什麼很少得癌症?

亞洲象。圖片來源:wiki

記得上次有一篇研究提到,高個子比較容易得癌症嗎?

其實那篇文章主要是建立在機率上,因為高個子細胞比較多,所以如果每個細胞癌化的機率是相等的,個子高的人因為細胞比較多,所以相對機率高一些。

如果這樣推論,哺乳類的大個子--大象--應該很容易得癌症;但是,偏偏大象罹癌的機率很低。人類大概有11%到25%的族群死於癌症,但是很少看到大象長癌的。

這就讓研究者非常好奇了,他們找尋世界各地的大象死後解剖的資料,收集、分析了644頭大象的結果,發現牠們只有4.8%的族群死於癌症。

大象個子又大、活得又長,怎麼癌症的發生率如此的低呢?進一步研究發現,大象的基因體裡面,竟然有20份的抑癌基因(tumor-suppressor)p53。 p53在細胞核中負責監控我們的染色體是否完整、需要修補。如果染色體受損過度無法修補,p53就會讓細胞走向死亡。當p53故障時,受損的染色體沒有被修補,就會造成基因的突變,導向癌症的發生。 有許多癌症,包括乳癌、卵巢癌、膀胱癌等,都跟p53有關。

人類只有一份p53基因,大象卻有20份,或許這是大象的癌症發生率如此低的原因之一吧!

參考文獻:

Potential Mechanisms for Cancer Resistance in Elephants and Comparative Cellular Response to DNA Damage in Humans. JAMA. Published online October 08, 2015. doi:10.1001/jama.2015.13134

死生相續,生死原本難分

圖片來源:wiki
我們呼出最後一口氣以後,我們的意識,隨著我們合上雙眼就離開了。但是,留下的臭皮囊後來怎樣了?

在現代,臭皮囊就是放進棺木裡,燒掉、埋掉;燒掉的不論,埋葬的,接下來呢?

為了想要知道身死之後臭皮囊的變化,田納西州立大學的研究團隊,取得了四個人同意捐贈自己的大體,讓他們得以研究:在我們斷氣以後,留下的臭皮囊究竟發生了什麼事。

在2012年夏天到秋天,這四個大體(兩男兩女,均為白人)埋葬在田納西州立大學的人類學研究所佔地1.3英畝的落葉林中,平均濕度為71.3%,年均高溫為攝氏21.3度,低溫為10.9度。大體沒有被解剖過,也沒有經過防腐處理;在死亡當時立刻冷藏,三天內埋葬在這裡。年齡分佈為60-90歲,體重為56-77公斤。每次取樣都是取大體身下0-3公分的土壤,以及距離大體兩公尺以外的土壤做為比對。

科學家們發現,死亡後有兩個階段,周圍土壤微生物的呼吸作用的變化最大。第一個階段在在死亡後7-12天,也就是從活躍發脹期(Bloat-Active) 到活躍腐爛期(Active Decay),這時候分解液(decomposition fluid,俗稱「死人湯」)流出,呼吸速率上昇、大量的物質釋放:主要是氨 ammonia,其次為碳,另外還有磷。這個階段主要的微生物由多到少為:變形菌門(Proteobacteria,佔30-40%)、厚壁菌門(Firmicutes,佔13-26%)、酸桿菌門(Acidobacteria,佔15-23%)。物質的釋出會一直延續到進階腐爛第三期(Advanced Decay III)。但是,從埋葬直到分解完成,整個過程中土壤的酸鹼度變化不大。

雖然整體細菌的多樣性,在分解液釋出後改變不多,但個別的組成卻有些細微的變化。如Alphaproteobacteria與Gammaproteobacteria增加了,而Betaproteobacteria內部則互有增減;至於厚壁菌門則先升後降,但Planctomycetes則先降後升。

到10-23天時(進階腐爛第一期,Advanced Decay I),呼吸作用再度上昇,但釋放的物質變少,最主要的微生物由厚壁菌門取而代之。

以總體細菌數量與多樣性來看,其實大體周圍的細菌數量改變得不多,而是組成發生變化。以擬桿菌(Bacteroidetes)為例,其中人體才有的擬桿菌(Bacteroides)變多,而土壤中原有的Terrimonas變少了。這在之前其他研究團隊觀察老鼠屍體的腐化過程時,也有類似的情況發生。

至於人體內的細菌呢?研究團隊發現,擬桿菌是從頭到尾都存在,直到死後198天(進階腐爛第三期)才開始下降。不過,在不同階段還是有不一樣的與人相關的細菌成為多數:在活躍腐爛期主要是擬桿菌與葡萄球菌(Staphylococcus),到早期進階腐爛期則換由乳酸桿菌(Lactobacillus)、Phascolarctobacterium與Eggerthella為主。

至於病原菌是否會隨之進入土壤、甚至散播呢?研究團隊發現,這些病原菌其實很難打贏原本在土壤中的細菌大軍,所以他們的量(包括沙門氏桿菌、空腸彎曲菌以及大腸桿菌O157等)都隨時間而遞減。

整體細菌的數量與多樣性,要到進階腐爛第三期時才會開始出現明顯的變化。此時不論是數量或是多樣性,都朝著一開始的狀況(埋葬前)移動:厚壁菌門減少,Actinobacteria、Alphaproteobacteria、Gammaproteobacteria與擬桿菌(Bacteroidetes)增加。

由於與人相關的擬桿菌屬(Bacteroides)一直持續出現在土壤中,直到死後第198天;因此研究團隊認為,或許未來可以建立一個微生物的消長曲線,協助用來判斷屍體的死亡時間。

本文版權為台大科教中心所有,其他單位需經同意始可轉載)

參考文獻:

Cobaugh KL, Schaeffer SM, DeBryun JM (2015) Functional and Structural Succession of Soil Microbial Communities below Decomposing Human Cadavers. PLOS One. 10(6):e0130201.doi:10.1371/journal.pone.0130201

2015年10月8日 星期四

狂牛症的解藥在新幾內亞?

狂牛症患牛的腦組織切片。圖片來源:wiki

狂牛症(bovine spongiform encephalopathy,BSE)最早應該是在新幾內亞發現的。當時被稱為苦魯(kuru)症,因為發病是由頭痛開始,接著關節痛、四肢顫抖(kuru是Fore語中的kuria/guria,就是發抖的意思)。它的病原是普利昂蛋白(prion),除了造成狂牛症與苦魯症以外,還可以導致羊的搔癢病(scrapie)與人的CJD(Creutzfeldt–Jakob disease)。

在二十世紀中期,在新幾內亞的澳洲人發現了這個疾病。後續的研究發現,這個疾病是由於吃人的習俗所造成:可能在1900年左右,一位Fore族的部落原住民發生了突變產生了病原,由於他們有吃人的風俗,使得這個疾病由他開始,漸漸傳播開來。於是殖民地政府便禁止部落原住民繼續食人的習俗,就不再有新的病歷了。

但是,當時參與研究的Simon Mead注意到,有些原住民似乎對苦魯症有抵抗力。經過研究以後發現,原來他們的普利昂蛋白在第127個氨基酸發生突變,由甘氨酸(glycine,符號為G)變為纈氨酸(valine,符號為V)。

最近同一個研究團隊發表了針對這個突變進行的進一步的研究。當他們在小鼠體內轉入突變的普利昂蛋白(簡稱G127V)時,如果兩個染色體上面的普利昂基因只有一個是G127V(異基因型),小鼠對苦魯症病原有抵抗力,但對於CJD病原的抵抗力則較弱。

但是,當兩個染色體的基因都是G127V時,小鼠對研究團隊測試的所有病原--包括苦魯症、傳統的CJD以及變異型CJD(vCJD)等—都具有抵抗力。

這個發現讓研究團隊覺得很有意思。為什麼呢?因為在1991年時,研究團隊曾經發現,大部分人的普利昂基因是異基因型的,而變異之處在第129個氨基酸,原來的序列應該是甲硫氨酸(methionine,符號是M)。百分之五十一的人是M129/V129,百分之三十七是M129/M129,而剩下的百分之十二是V129/V129。但是,在罹患CJD的病人中,M129/V129只佔了百分之四點五。因此,研究團隊當時的結論是:普利昂蛋白要形成結晶構造才能破壞腦組織,由於異基因型的人有兩種普利昂蛋白,干擾了結晶形成,所以較不容易罹患CJD。

這也是為什麼研究團隊一開始先測試異基因型(V127/G127)的原因,但最後卻是同基因型勝出,真的是有點意外。

但是更多意外還在等著研究團隊。由於他們使用的轉基因小鼠有兩種,其中一種的G127V的表現量是野生種小鼠的兩倍,另一種則跟野生種相當。在測試的過程中,研究團隊發現,若異基因型小鼠中G127V的表現量較高,則對於病原的抵抗力相對較強。

這個發現有什麼意義呢?研究團隊認為,由於這個突變的普利昂蛋白(G127V)不僅對致病的普利昂蛋白有抵抗性,而且大量表現時可以抵抗所有不同類型的普利昂蛋白;或許將來可以將這個突變的蛋白做成生物製劑來治療得到CJD的患者喔! 如此一來,CJD就不再是無法治療的疾病了!

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參考文獻:

John Collinge et. al.,1991. Homozygous prion protein genotype predisposes to sporadic Creutzfeldt–Jakob disease. Nature. 352, 340 - 342 ; doi:10.1038/352340a0

John Collinge et. al., 2015. A naturally occurring variant of the human prion protein completely prevents prion disease. Nature. doi:10.1038/nature14510

2015年10月1日 星期四

來來來!化學很恐怖嗎?

圖片來源:wiki

最近這幾年來,一些誇大不實的報導,讓筆者意識到,「化學」已經變成一個恐怖的字了。

任何物質,只要被冠上「化學」兩個字,感覺上吃下去、吸進肺裡、擦在身上,就會爛穿腸肚、腐蝕肺部、銷皮蝕骨?

真的是這樣嗎?

我們也是化學作的啊!一個七十公斤重的成人,大概是由7x1027個(七千兆個兆)原子構成!

以重量來算,大約99%的人體是由六種元素構成:碳(18.5%)、氫(9.5%)、氧(65%)、氮(3.2%)、鈣(1.5%)、磷(1%),接著是鉀(0.4%)、硫(0.3%)、鈉(0.2%)、氯(0.2%)與鎂(0.1%)。

如果以原子的數目來算,碳(12%)、氫(62%)、氧(24%)、氮(1.1%)、鈣(0.22%)、磷(0.22%),這六個元素加起來佔99.54%的比例;接著是鉀(0.033%)、硫(0.038%)、鈉(0.037%)、氯(0.024%)與鎂(0.007%)。

剩下的部分(總和不到1%)包括硼、鉻、鈷、銅、氟、碘、鐵、錳、鉬、硒、矽、錫、釩、鋅以及許多其他的元素。筆者懶得抄了,有興趣的朋友請自行點閱

所以,光是在我們身上總共就有六十種元素,週期表上的元素總共也只有118個,我們也得到了超過一半啊!

化學很恐怖嗎?那我們自己最恐怖啦!