2015年11月26日 星期四

感受到壓力的魚兒體溫上昇

斑馬魚。圖片來源:wiki
當我們置身於陌生的環境時,我們會因為緊張而體溫上昇;這個現象又稱為emotional hyperthermia,而具有這類反應的生物(包括人、哺乳動物、鳥類以及一種蜥蜴)被認為是「有情眾生」(sentient beings)。

但是,魚兒是否也是有情眾生呢?歐洲的科學家們,最近用斑馬魚(Danio rerio)為樣本,將斑馬魚先放在攝氏27度的環境中(斑馬魚的最適溫度是攝氏28度),並且關在小網子裡15分鐘。

接著,研究團隊將魚兒放出來,讓魚兒可以自由地在五個不同溫度(從接近攝氏18度到攝氏35度)的環境中游泳,觀察牠們的反應,看牠們比較喜歡待在哪個溫度。

結果發現,壓力組的斑馬魚在釋放後四小時內,比較喜愛待在攝氏28度以上的環境中;超過四小時以後,魚兒會慢慢回到較低溫的環境。

這結果顯示了,魚兒可能在受到壓力時也會有emotional hyperthermia,造成體溫上昇;於是牠們在那時候會覺得,溫度較高的水比較適合他們。這跟我們發燒時不想吹冷氣、只想穿外套或蓋棉被是類似的。

參考文獻:

Virginia Morell. 2015/11/24. Fish show signs of sentience in ‘emotional fever’ test. Science Now.

Sonia Rey, Felicity A. Huntingford, Sebastian Boltaña, Reynaldo Vargas, Toby G. Knowles, Simon Mackenzie. 2015. Fish can show emotional fever: stress-induced hyperthermia in zebrafish. Proc. R. Soc. B 282: 20152266. DOI: 10.1098/rspb.2015.2266

火雞肉使你昏昏欲睡?

烤火雞。圖片來源:wiki
十一月是美國的感恩節,過節的應景食品不可或缺的是烤火雞!

在美國有個謠言:火雞肉因為富含色氨酸(tryptophan),而色氨酸是合成血清素(serotonin)的原料,所以吃了火雞肉會讓你想睡覺。

是嗎?事實上,火雞肉所含有的色氨酸並不比堅果類或起司要多。而其他禽類肉品所含的色氨酸也差不多。

那麼,為什麼吃了火雞肉會想睡覺呢?

德州農工大學(Texas A & M)的教授Nicolaas Deutz說,主因應該是因為吃太多。感恩節時那滿桌的好菜:考火雞、南瓜派或蕃薯派、以及其他平常吃不到的美食,誰不會不小心多吃了呢?

參考文獻:

DANIEL VICTOR. 2015/11/25. No, the Tryptophan in Turkey Won’t Make You Sleepy. New York Times.

2015年11月20日 星期五

藍頂藍飾雀(Uraeginthus cyanocephalus)的踢踏舞

藍頂藍飾雀。圖片來源:wiki
藍頂藍飾雀(Uraeginthus cyanocephalus)這種原產於東非的可愛的小型鳴鳥(體長不超過三英吋,體重不超過10克)。牠分佈的區域包括衣索比亞、坦桑尼亞、肯亞、南蘇丹、索馬利亞的熱帶(低地)乾草原,灌木林和荒漠。最近發現,牠並不是只光會唱歌喔!牠一面唱歌還會一面跳踢踏舞,只是舞步太快所以...要用慢速播放才看得到!

參考文獻:

Jonathan Webb. 2015/11/20. Bird's lightning 'tap dance' caught on camera. BBC.

2015年11月19日 星期四

可愛的大熊貓動作慢,原來也是因為代謝慢的緣故

大熊貓。圖片來源:wiki
胖胖的大熊貓(Ailuropoda melanoleuca)有著黑白兩色的毛外套,加上憨態可掬的動作,真的是十分惹人喜歡!筆者曾在加州聖地牙哥旅居三年,當地的動物園有大熊貓,也是人氣動物。每天只開放數小時參觀,往往在幾小時之前,熊貓館便已經大排長龍;幸好筆者並非大熊貓迷,所以每次去都只是「路過」。

由於大熊貓是熊科裡面唯一的素食者,牠與眾不同的生活形態,使得牠在過去曾被歸類為熊科(Ursidae)、浣熊科(Procyonidae)、熊貓科(Ailuridae),最後才被劃為熊科、貓熊屬。大熊貓99%的食物是竹子,其他1%則是蜂蜜、蛋、魚、蕃薯、樹葉、柑橘類以及香蕉等(1)。根據研究,大熊貓大約七百萬年前開始嘗試竹子的滋味,雖然不是「一試成主顧」,但是到了兩百四十萬到兩百萬年前,大熊貓就成了竹子的鐵粉。

但是科學家們發現,大熊貓實在是吃得也太多了。牠每天要花十四個小時吃東西,吃進十二點五公斤的食物。吃那麼多,怎麼不會胖呢?研究發現,雖然吃這麼多,但是大熊貓只能從中得到20%的養分(2)...也就難怪吃那麼多了!

不過,科學家們更好奇的事情是:如果大熊貓能夠如牛、羊那樣的消化食物的話,其實牠就不用整天吃個不停、吃那麼多。說到底,大熊貓不是已經吃了幾百萬年的竹子了嗎?

研究結果發現,其實大熊貓還挺慘的,雖然已經啃了幾百萬年的竹子,但是牠沒有牛的四個胃、也沒有其他食草類的長長的前腸(foregut)或後腸(hindgut),讓纖維素可以在消化道中停留久一點好讓腸內菌進行發酵作用;而且牠也不會製造消化纖維素的酵素(3)。

不過,提到腸內菌,就讓科學家們不由得想:會不會牠的腸子雖然短,但是有一群「地表最佳組合」的腸內菌,所以一點都不用擔心消化問題呢?

結果也不是。科學家們在大熊貓腸子裡找到了厚壁菌門(Firmicutes)與變形菌門(Proteobacteria)的菌,這兩大類就幾乎佔了99%大熊貓的腸內菌。分析這些菌的種類,發現最多的是大腸桿菌屬/志賀菌屬(Echerichia/Shigella)、克雷白氏菌屬(Klebsiella)以及鏈球菌屬(Streptococcus)等。至於食草類腸道中常見的細菌,如Bacteroidales、梭狀芽胞桿菌綱(Clostridiales)、纖維桿菌門(Fibrobacterales)以及螺旋體門(Spirochaetales)等,在大熊貓腸內都很少或甚至沒有(3)。

所以,所有的研究成果都指向:大熊貓吃得多、消化吸收得少;但是算一算,即使吃那麼多,以牠的體型來看,其實還是不夠。那麼,到底大熊貓怎麼活下來的呢?

結合了蘇格蘭與中國的一群學者所組成的研究團隊發現,原來大熊貓吸收那麼少還能活下來的原因是:與同樣大小的哺乳動物相比,他們的器官比較小(4)。我們身體的器官,並不是每一個都消耗一樣的能量:最耗能的器官包括了肝、腦、腎以及心臟。結果,大熊貓的腦,只有同樣大小的哺乳動物的82.5%,肝則只有62.8%,腎則是74.5%。

另外,大熊貓的靜息代謝率(resting metabolic rate)也低(比冬眠的黑熊還低),而這麼低的靜息代謝率是因為,大熊貓分泌的甲狀腺素比其他哺乳動物少。T4只有46.9%,T3也只有64%。這麼低的甲狀腺素分泌,是因為大熊貓體內負責合成甲狀腺素的基因之一,稱為DUOX2(dual oxidase 2),已經因為突變而失去功能;於是所有的大熊貓都變成「甲狀腺功能低下」(hypothyroidism)了。

或許是因為甲狀腺功能低下,研究團隊觀察,圈養的大熊貓只有33%的時間在活動;野生的大熊貓,因為要找食物,活動的時間稍微高一點,大約是49%。但是他們走動的速度真的很慢!找食物或吃東西時,移動的速度大約是每小時15.5公尺(天啊...),而不找食物的時候快一點,大概是每小時26.9公尺。

因此,大熊貓跟同樣大小的哺乳動物相比,每天消耗的能量只有他們的37.7%(圈養)或45%(野生)。這樣低的能量消耗,大概跟三趾樹懶差不多,比無尾熊和針鼴都低呢!

所以,真的是萬事萬物都有它的道理在!既然無法從食物中取得足夠的養分,就演化出使用更少的養分,來解決生存的困境;想想真的是非常有意思呢!

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:

1. Zhang J. et. al., 2010. Pseudogenization of the umami taste receptor gene Tas1r1 in the giant panda coincided with its dietary switch to bamboo. Mol. Biol. Evol. 27(12):2669-2673.

2. Zheng Y., Zhong Y. et. al., 2011. Why does the giant panda eat bamboo? A comparative analysis of appetite-reward-related genes among mammals. PLoS ONE. 6(7):e22602. doi:10.1371/journal.pone.0022602

3. Zhang Z. et. al., 2015. The bamboo-eating giant panda harbors a carnivore-like gut microbiota, with excessive seasonal variations. mBio. 6(3):e00022-15. doi:10.1128/mBio.00022-15.

4. Wei F. et. al., 2015. Exceptionally low daily energy expenditure in the bamboo-eating giant panda. Science. 349(6244):171-174.

2015年11月16日 星期一

哪個國家最需要誠實豆沙包?

丟銅板。圖片來源:wiki

我們往往對不同國家的人會有成見。這些成見,有些可能是事實,有些可能不是。

最近,東英吉利大學(UEA)的研究發現,不同國家之間的人,誠實的程度有所不同。

研究團隊針對巴西、中國、希臘、日本、俄羅斯、瑞士、土耳其、美國、阿根廷、丹麥、英國、印度、葡萄牙、南非和韓國這十五個國家,總共一千五百多人,進行「誠實度」的調查。

還沒有看到結果前,讀者想不想猜猜看,哪一個國家最誠實?

研究團隊設計了兩個誘因實驗進行網路上的調查。

第一個調查裡,受試者被要求丟硬幣,然後回報是人頭朝上或不是。

在這個測試開始之前,受試者被告知,如果人頭朝上,就可以拿到美金三到五元的報酬;如果不是,就不能拿到。由於人頭朝上的機率大約為50%,所以如果超過50%,就代表有人不誠實。

這部分,研究團隊發現英國人最誠實(人頭朝上的機率為53.4%),而中國人最不誠實(人頭朝上的機率為70%),其次是日本、韓國和印度。

第二個調查則是一個音樂知識的測驗。這次也是完全答對才有獎金可以領。但是,其中有三題很難,難到不上網查不可能答對。

受試者在開始測驗前,會先被要求承諾不會上網去找答案,然後才進入測驗。這項測驗的結果發現,日本是最誠實的,其次是英國。而誰最不誠實呢?土耳其。

除此之外,研究團隊還要受試者預測其他國家人民的平均誠實度。

結果發現,人們看待自己國家國民的誠實度有低估的現象,這可能是人們比較常接觸到有關發生在自己的國家的不誠實事件的新聞報導。在預測中,希臘和中國是最悲觀的。

在拋硬幣試驗中四個最不誠實的國家都在亞洲;然而,亞洲國家在第二個測試中並沒有同樣的不誠實;其中日本甚至在第二個測試中是最誠實的。或許是文化影響到這種類型的測試?畢竟丟銅板在亞洲國家被當作跟賭博是差不多的事情。 

各國的人民都預測希臘是最不誠實的國家,但他們在丟硬幣中的表現是最誠實的,而在第二個測試則是排在中間。另一個發現是,不太誠實的受訪者也不相信別人會說實話。 

雖然國家的誠實度與經濟成長有相關性,亦即富裕的國家較貧困國家來得誠實;但主要反映的是1950年之前發生的經濟成長。或許是,重視誠實的價值的國家,使得合同更容易監測和執行,於是也比較容易得到經濟成長。

所以,那個國家最需要誠實豆沙包呢?筆者也沒有答案。不過,在亞洲國家賭博可能要小心被出老千呢!

參考文獻:

2015/11/15. Honesty varies significantly between countries. Science Daily.

2015年11月15日 星期日

布洛芬(ibuprofen)與宿醉

1958年的某一天早上,亞當斯博士(Stewart Adams)因為前一天晚上跟朋友出去喝酒而有了宿醉。糟糕的是,等一下他要上台演講。怎麼辦呢?

他想到最近剛找到的BTS8402。他與他的研究團隊一直在找一個跟阿斯匹靈一樣有效、但沒有它的副作用的止痛藥;他們已經測試了超過六百個化合物,而這個BTS8402看來似乎蠻有希望的。

於是他決定拿600毫克來吃吃看。神奇的是,他的頭痛好了,演講也很成功。在這一刻,他知道他找到了他們夢寐以求的神藥了。

他們找到的就是布洛芬(ibuprofen),學名是2-(4-isobutylphenyl) propanoic acid。從亞當斯加入Boots到發現布洛芬時,竟然已經有六年了。
布洛芬。圖片來源:wiki
亞當斯博士在1952年加入Boots時,就被賦予了一個重要的任務:找到可以媲美阿斯匹靈的止痛抗炎藥,但不能有阿斯匹靈的副作用。

自從1897年發明阿斯匹靈以後,它迅速地成為止痛、抗炎、解熱的萬用藥。但阿斯匹靈的副作用--消化不良與凝血時間延長--卻使得越來越多英國人不得不放棄使用它。

亞當斯加入Boots以後,為了要找到可以取代阿斯匹靈的藥物,他同時還找了尼科爾森博士(John Nicholson)與伯羅斯(Colin Burrows)來協助他測試藥物。

每天的生活就是測試藥物、找新的化合物。雖然當時亞當斯覺得希望不大,但是他還是堅持做下去。他給自己、以及他們的研究團隊十年的時間。如果十年過去了還是找不到,大概就只好走人了。

事實上,如果他們沒有找到布洛芬,可能連Boots都不存在了。布洛芬的發現,不但挽救了搖搖欲墜的Boots,還使得Boots得以擴張到美國以及世界其他地區。Boots在1962年拿到了布洛芬的專利,它迅速地成為公司第一名銷售的藥品。在所謂的NSAID(非類固醇消炎止痛藥)中,布洛芬是第一個(1984)開始以成藥的形式販售的,目前每年全世界生產兩萬噸的布洛芬。

現在,在印度,布洛芬是當地最愛用的鎮痛止熱藥。連在阿富汗都可以看到它。

遙想當年,那個來自北安普敦郡(Northamptonshire)的十六歲的慘綠少年,恐怕誰都想不到,那個在Boots的零售門市工作、茫茫然不知所以的年輕人,在門市的三年使他對化學發生了興趣,於是他決定回到學校讀大學、讀博士,最後竟然找到了這個被列名為世衛組織基本藥物示範目錄的化合物吧?

參考文獻:

2015/11/15. The hangover that led to the discovery of ibuprofen. BBC.
The discovery of ibuprofen. Chemistry in your Cupboard.

「你去吃XX啦!」在未來可能成為一種祝福

偽膜性結腸炎病人的腸道上皮。圖片來源:wiki

對於被抗藥性艱難梭菌(難辨梭狀芽孢桿菌,Clostridium difficile)感染導致的偽膜性結腸炎(pseudomembranous colitis)患者來說,服用由健康成人糞便中取得的腸內菌來治療,已經慢慢普遍。

美國已為此成立第一個非營利的生物體銀行(OpenBiome),提供健康成人糞便的腸內菌給這些患者進行治療。

其實艱難梭菌原本也是無害的腸內菌(在健康人群腸道中約有5%帶有此菌),但是有些患者在服用抗生素治療其他疾病時,抗生素將其他的腸內菌屠殺殆盡後,艱難梭菌便開始佔據我們的腸道,造成發炎。

在美國,每年有四十五萬人感染偽膜性結腸炎,約有一萬五千人因此死亡。

隨著「糞療法」(fecal transplantation)越來越普及,未來罵人去吃XX(尤其是對於偽膜性結腸炎患者來說)已經比較像是祝福了XD。

參考文獻:

PETER ANDREY SMITH. 2015/11/9. Fecal Transplants Made (Somewhat) More Palatable. New York Times.

2015年11月14日 星期六

鱷魚的半夢半醒之間

累了嗎?睡一下吧!睡覺雖然是很好的休息,但並不是所有的動物都跟我們一樣會躺在床上(或趴在桌上)、閉上眼睛,然後失去意識...直到醒來。

為了休息,要失去意識一段時間,代價可能很大。因此,有些動物發展出了一次只睡半邊的大腦的能力。由於兩個眼睛是各由一邊的大腦控制,所以他們在睡覺時會「睜一隻眼、閉一隻眼」:這種現象被稱為單半球睡眠(unihemispheric sleep)。

哪些動物會做這樣的事呢?海豚與海獅為了不要在睡覺時被漂離群體,他們就具備了這樣的能力;除了海豚與海獅以外,鳥類也可以這樣做唷!不過,鳥類「半夢半醒」的理由倒是跟海豚、海獅不同,鳥兒們主要是為了怕被吃掉(睡一覺醒來,發現自己已經到了其他動物的肚子裡,是多麼難過的事啊...)。

最近,澳洲的研究團隊發現,不只有海豚、海獅與鳥類可以「半夢半醒」,鱷魚也會喔!

尼羅河鱷。圖片來源:wiki
因為鱷魚是非常難以馴養、又非常難以預測行為的動物,因此研究團隊不得不選擇未成年的鱷魚來進行觀察。

研究團隊發現,當有人在附近的時候,睡覺的鱷魚會用醒著的那個眼睛盯著那個人看;而且,就算那人已經離開了,鱷魚還是會盯著原來那個人存在的位置。如果把人換成另一隻未成年鱷魚,效果也是相同的。

不只是在這次觀察的鱷魚(鹹水鱷,Crocodylus porosus)有「半夢半醒」的現象,過去在凱門鱷(Caiman,參考文獻)以及尼羅河鱷(Crocodylus niloticus)也觀察到相同的現象。

不過,究竟鱷魚為什麼要「半夢半醒」呢?推測應該是跟鳥類的理由相同。鱷魚在白天時,若不是兩眼睜開(醒著),就是「半夢半醒」;晚上比較常觀察到兩眼閉著睡覺。

但是,行為觀察只是第一步,要確認鱷魚真的會「半夢半醒」,必需在鱷魚的大腦植入電極,對於鱷魚這種絕對不會聽話的動物,要做這樣的實驗,只怕不容易啊...

參考文獻:

Michael L. Kelly, Richard A. Peters, Ryan K. Tisdale, John A. Lesku. 2015. Unihemispheric sleep in crocodilians?  Journal of Experimental Biology  218: 3175-3178; doi: 10.1242/jeb.127605

2015年11月12日 星期四

輸血回春的關鍵蛋白:β2微球蛋白

β2-microglobulin。圖片來源:wiki
輸血可以抗老,這不論如何聽起來都像巫術;但是在2014年的「自然醫學」期刊(Nature Medicine),美國的研究團隊證明了,將年輕小鼠的血液輸入年老小鼠的體內以後,小鼠的神經細胞增生,認知功能改善,顯示「輸血抗老」似乎是真有其事!但是,究竟「年輕人」的血裡面有什麼抗老的成分呢?或者是,「老人」的血裡面有什麼不好的東西嗎?

最近,同一個研究團隊發現,原來並不是「年輕人」的血裡面有什麼抗老的成分,而是「老人」的血裡面有不好的東西。那個物質稱為β2微球蛋白。

血液裡面的成分不知道多少種,怎麼才短短一年就找到了呢?

當然不是亂猜的囉!首先我們來看一下β2微球蛋白如何得到研究團隊的關愛的眼神~

原來,在過去已經知道,β2微球蛋白與大腦的發育有關。而在血液透析的病人,也發現β2微球蛋白的量與意識障礙之間有相關性;另外,與HIV相關的癡呆症、阿茲海默症,也與β2微球蛋白在腦脊髓液中的含量上昇有關。因為這些因素,所以研究團隊決定先去看看究竟是不是β2微球蛋白。

於是,研究團隊決定先看看小鼠血漿中的β2微球蛋白濃度是否隨年齡而遞增。結果發現,隨著小鼠年紀越來越大,血漿中的β2微球蛋白也愈來愈多。當他們把年老小鼠的血輸入年輕小鼠體內後,年輕小鼠體內的β2微球蛋白濃度也上昇了。

有了這些結果,研究團隊接著便開始進行一連串的實驗。為了了解小鼠們的空間認知與記憶是否受到影響,他們使用的測試系統包括:讓小鼠走輻射臂水迷宮(radial arm water maze)與觀察牠們在情境恐懼制約實驗(contextual fear conditioning)中的行為。

他們發現,當他們把β2微球蛋白注射到三個月大的小鼠體內以後,小鼠不僅在走迷宮時犯的錯誤較多,在情境恐懼制約實驗中,也較無法記住讓牠恐懼的情境,顯示β2微球蛋白可能對小鼠的空間認知與記憶造成損害。檢查小鼠的腦也發現,注射了β2微球蛋白的小鼠,腦中新生的神經元變少。

由於β2微球蛋白需要TAP1蛋白將它們運輸到細胞膜表面,於是研究團隊觀察TAP1基因剔除的小鼠,是否也會受到β2微球蛋白的影響。結果發現,在TAP1基因剔除的小鼠中,注射β2微球蛋白不能對小鼠的空間認知與記憶造成影響,進一步顯示了β2微球蛋白與認知及記憶的關係。而研究團隊在小鼠的海馬迴(hippocampus)中也看到了β2微球蛋白的表現,而且β2微球蛋白表現的高低與小鼠測試時的表現好壞成反比。

為了進一步證實β2微球蛋白果真是「回春」的關鍵物質,研究團隊觀察了β2微球蛋白基因剔除的小鼠。結果發現,與同齡的小鼠相比,剔除β2微球蛋白基因後,年老小鼠的空間學習能力不隨著年老而衰退,而在恐懼制約實驗中,基因剔除小鼠對情境的記憶也變好了(不過對聲音情境的記憶似乎沒有改變)。不過,β2微球蛋白基因剔除小鼠,在年輕時並沒有什麼特異之處;也就是說,他們在年輕時並不是「記憶的超人」。

所有這些實驗結果都指向:β2微球蛋白是衰老時大腦退化的重要因素。但是,小鼠的實驗結果可以類比到人嗎?

答案是:應該是可以的!除了一開始提過的一些過去觀察到的現象以外,研究團隊也發現,人類血漿中的β2微球蛋白濃度也隨著漸漸老去而上昇,而且針對人進行的全基因體關連研究(genome-wide association studies),也發現位於第六條染色體上的6p21位址與老年性退化疾病有關;而這個位址正是MHC基因的位址。所以,或許過去相信的輸血可以回春果然為真嗎?

究竟β2微球蛋白是如何影響我們的大腦呢?過去的一些研究讓我們知道,β2微球蛋白是主要組織相容性複合體第一型(Major Histocompatibility Complex I,MHCI)的一部份,組成我們的免疫、組織相容性系統極為重要的一部份(如下圖)。

MHCI。圖片來源:wiki
但是,一個小小的球蛋白,又怎麼會對大腦退化有如此大的影響呢?這一切都需要更進一步的研究來理解其中的機制,但筆者可以預期的是,接下來應該會有人想要開發清除這個微球蛋白的製劑了。

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參考文獻:

Saul A Villeda. et. al. 2015. β2-microglobulin is a systemic pro-aging factor that impairs cognitive function and neurogenesis. Nature Medicine.

2015年11月11日 星期三

扁蟲奇異的性生活

所有的生物都有繁殖的本能,這樣才能保證自己的物種會代代延續。植物在光線不夠的環境下,會提早開花以留下後代;節齒鋸鰩在找不到伴侶時,會進行孤雌生殖(parthenogenesis)以便留下後代。

對雌雄同體的扁蟲來說,他們可以找個伴來進行交配(reciprocal copulation):你的精子給我,我的精子給你,這樣來完成終身大事;或是進行「皮下注射」(皮下受精,hypodermic insemination),將自己的精子注入對方的身體,然後精子再一路游啊游,找到目標完成受精任務。

不過,萬一找不到伴怎麼辦?歐洲的研究團隊發現,Macrostomum hystrix這種扁蟲在找不到伴的時候,會進行自交。
圖片來源:Science Daily

但是牠的雄性生殖器位於尾端(上圖6),而雌性生殖器位於身體的中段稍後(4),要怎麼自交呢?

為了破解這謎題,研究團隊將扁蟲從小開始就個別飼養,使牠們無法找到伴侶來進行交配;對照組則是將三隻扁蟲一起飼養。

等到各組扁蟲已經全部性成熟後,研究團隊開始計算扁蟲的精子出現在身體內的哪些位置。結果發現,個別飼養的扁蟲,在頭部(頭端到睪丸前端)是最多的,其次是性腺區(睪丸前端到卵巢後方),尾部(卵巢後方到尾端)的精子則最少。而三隻一組的則順序恰好相反,尾部最多、其次是性腺區,頭部最少。

接著研究團隊將三隻一組的拆開成兩隻與一隻來飼養,再繼續觀察六天;結果還是一樣,單獨飼養的扁蟲,頭部的精子是最多的,性腺區其次,尾部最少。

由於這種扁蟲的雄性生殖器有個類似針的末端,而且牠們平常就會以「皮下注射」的方式來進行交配,因此研究團隊認為:在個別飼養時,因為找不到對象,為了完成傳宗接代的使命,牠會把自己「摺」起來,用自己的雄性生殖器將精子注入自己的頭部,接著精子從頭部游阿游,一路游到卵巢(上圖3)來完成終身大事。

看來,沒有後代比什麼都嚴重,嚴重到牠甘願在自己的頭上射一「箭」,也要留下後代呢!只是不知道這樣做會不會痛?

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參考文獻:

Ramm SA, Schlatter A, Poirier M, Schärer L. Hypodermic Self-Insemination as a Reproductive Assurance Strategy. Proceedings of the Royal Society B, 2015 DOI: 10.1098/rspb.2015.0660

2015年11月7日 星期六

木糖醇(xylitol)是狗狗的毒藥

雖然我們總是說「狗是人類最忠實的朋友」,但非我族類,當然有許多跟我們不同的地方;隨著獸醫學越來越進步,我們知道狗狗不能吃巧克力、柿子、牛奶,而糖份太高的食物也在禁止之列。但是,在國外最近這幾年卻發現,有些人會把自己吃的無糖口香糖或是低糖食物分給狗狗吃。

主人是這麼想的:既然狗狗不能吃糖份高的食物,那跟我一樣吃低糖的食物應該OK吧?

結果是,有些狗狗吐了、有些狗狗陷入昏睡。最常見的臨床症狀是嘔吐,其次是嗜睡。這些症狀是因為無糖口香糖或低糖食物中含有木糖醇。

木糖醇。圖片來源:wiki

木糖醇會引發狗狗的胰島素分泌,造成低血糖以及低血鉀,嚴重時可導致昏迷、死亡。有些狗狗會出現肝臟壞死的現象。低血糖與肝壞死可能會同時出現、也可能不會。通常症狀在食用含有木糖醇的食物後約三十分鐘內就會出現,但也有在一天後才出現的情形。而且,狗狗對木糖醇很敏感,只要攝食大約每公斤體重0.1毫克的木糖醇,就會出現症狀。對照市面上的口香糖木糖醇的含量,中型的狗狗大概只要吃一顆就會中毒!

至於為什麼木糖醇對狗有這麼大的影響呢?目前推測應該與磷酸五碳糖途徑(Pentose phosphate pathway,PPP)相關,但詳細的機制仍不清楚。


或許駱駝吃木糖醇不會有事,
但是狗狗吃了就代誌大條了。
圖片來源:wiki
當然,只要不給狗狗吃含有木糖醇的食物應該就沒事了吧?話是這麼說沒錯,不過由於木糖醇不會引發人體分泌胰島素、而且熱量又低(少了超過三分之一),所以近年來已經成為很受歡迎的代糖。不只是糖尿病患會使用它作為代糖,怕胖的人與減肥者(尤其是低糖減肥法的信仰者)更會使用木糖醇作為糖的替代物。加上它又可以抑制口腔細菌生長,對於怕胖的人真的是一大福音。只是,隨著美國食藥署不再強制規定食品需標示木糖醇後,狗狗木糖醇中毒的事件就增加了。

因此,筆者在此要呼籲大家,盡量不要拿人吃的東西給狗吃,尤其是標示低卡、低熱量的食物,很可能都含有木糖醇。

至於貓呢?幸運的是,木糖醇對貓似乎沒有毒性。眾貓奴們,可以安心啦!

參考文獻:

Benjamin Snyder. 2015/11/5. Why You Shouldn’t Let Your Dog Eat Sugarfree Gum. Times Magazine.

DuHadway MR, Sharp CR, Meyers KE, Koenigshof AM. 2015. Retrospective evaluation of xylitol ingestion in dogs: 192 cases (2007-2012).J Vet Emerg Crit Care (San Antonio). 25(5):646-54. doi: 10.1111/vec.12350

Peterson ME. 2013. Xylitol. Top Companion Anim Med. 28(1):18-20. doi: 10.1053/j.tcam.2013.03.008.

牛奶殺菌大不同

最近為了牛奶的事情吵不完,筆者也為了這件事先後寫了兩篇文章:


在這一篇,筆者打算再用一點篇幅來談談牛奶的殺菌。

牛奶這種天然的食品,由於含有蛋白質、脂肪、(乳)糖與鈣質,一向被認為是很好的飲品;但也因為取得的過程容易污染,所以從古到今,關於牛奶(有問題)的謠言也一直沒有斷過。

牛奶污染的問題,一直到低溫滅菌法(巴氏滅菌法,Pasteurization)發明後,才得到解決。低溫滅菌法原本是用來處理葡萄酒,但很快的也應用於牛奶。不過,62-65℃,三十分鐘,只能讓有害的細菌(如結核菌、沙門氏桿菌、白喉菌等,參考連結)死亡,但不能將牛奶中所有的細菌的數目都降到極低;因此低溫滅菌法處理的牛奶,並不能放置很久。目前國內唯一以低溫滅菌法處理的牛奶,只有瑞穗鄉吉蒸牧場所生產的「65℃秀姑巒鮮乳」。

吉蒸牧場的鮮乳。老葉攝。
根據網友提供的資訊,吉蒸牧場的鮮乳味道很好,但有時會發生買回家就壞掉或是不到保存期限就壞的問題。這當然是因為低溫滅菌無法將殘菌量降到極低,此時若運送或倉儲的溫度不理想時,牛奶中的殘菌就會開始生長,長到某個程度,牛奶就酸敗了。

至於瑞穗極製低溫殺菌鮮乳,是以72℃、15秒的時間處理,這其實已經不是低溫殺菌了,而是所謂的「高溫短時間殺菌」(H.T.S.T.),所以號稱低溫其實並不是真的低溫...

瑞穗極製低溫殺菌鮮乳。
照片由網友提供。
同樣是「高溫短時間殺菌」的鮮乳以及乳製品則是義美。

義美鮮乳(空瓶)。老葉攝。
義美全系列都是以84℃±5℃,20秒±5秒的方式殺菌,因此偶而會因為倉儲或運送的問題,在尚未超過有效期限時就已經酸敗的問題。筆者家中主要飲用的品牌就是它,發現這樣的問題時,其實如果通知義美,他們會很乾脆的寄來幾包餅乾賠償。這跟吉蒸牧場的問題是類似的,因為殺菌的溫度較低,所以偶而會有不甚理想的狀況發生。

至於其他的品牌呢?

筆者花了幾週的時間在超市拍照的結果,其他幾乎都是使用超高溫瞬間殺菌(U.H.T.)。只要超過120℃就是超高溫瞬間殺菌了,在這麼高的溫度,只能處理個幾秒,否則牛奶就會有煮過的味道了。

下面是所有超高溫瞬間殺菌的鮮乳/乳製品的照片:

新生活鮮乳,121℃±3℃,2-3秒。老葉攝。
林鳳營鮮乳(空瓶,右),130℃±2℃,2-5秒。
味全超優質鮮乳(空瓶),130℃±2℃,2-5秒。
老葉攝。
瑞穗鮮乳,130℃±3℃,3-5秒。
老葉攝。
福樂一番鮮、高鈣牛乳。老葉攝。
柳營。老葉攝。
光泉乳香世家、紐西蘭純鮮奶。老葉攝。
高大鮮乳、小農晶品鮮乳。老葉攝。
牛奶本味、英泉牛乳。老葉攝。
根據花蓮縣政府農業處的資料,國內的乳製品主流的殺菌方式也的確是超高溫瞬間殺菌,以120-140℃,0.5-4秒處理。攝氏120度以上的超高溫瞬間殺菌,因為裡面的蛋白質與糖產生梅納反應(Millard reaction),因此喝起來較有奶香;相對的65度的低溫長時間殺菌,便保留了較多的原味。但是喝不慣「原味」的人,會覺得有一股奶腥味。

美國的牛奶都是低溫滅菌法:

美國的牛奶。老葉攝。
所以很多剛到國外的人,都會覺得美國的牛奶腥味比較重、有些甚至一開始會拉肚子,因為巴氏滅菌法只是殺死有害的細菌,牛奶中的殘菌到了肚子裡,當然多少會跟腸子裡原本的細菌搶地盤囉!

很多廠商都喜歡打上「營養不流失」,其實只要要加熱處理,沒有營養不流失這件事情的,只是程度不同而已。借用花蓮縣農業處的文字來說明:『加熱對牛奶中營養影響最大的就是水溶性維生素和蛋白質。在加熱過程中,大約有10%的維生素B群和25%的維生素C流失;加熱程度越深,營養損失就越多。相較於「超高溫滅菌」,「高溫短時間殺菌」及「低溫長時間殺菌」保留了生乳中較多的機能性成份如免疫球蛋白(immunoglobulin)、乳鐵蛋白(lactoferrin)及維生素也更保持牛乳新鮮自然的原始風味。』當然,低溫長時間殺菌與高溫短時間殺菌難免會有買到壞牛奶的風險,而超高溫瞬間殺菌可以去除掉牛乳中99.999%的細菌,所以也常常被改稱「超高溫滅菌」囉!

最後附上新生活鮮羊乳的照片。羊乳的殺菌方式顯然不大一樣,是110℃±3℃,2-3秒:


講到這裡,關於牛奶的議題,筆者就討論到這裡了。最後要再次強調的是,不論是鮮奶以及奶製品,防腐劑的添加是不允許的。牛奶不會壞,是因為滅菌處理加上包裝;例如下圖的保久乳,就是超高溫瞬間殺菌之後,再以無菌利樂包技術包裝,可以保持新鮮達到一年!

老葉攝。
並不是不會壞的東西就一定加了防腐劑,也不是會壞的東西就是好東西。如果沒有食品加工的技術,我們無法把牛奶保存下來,運送到真正需要的地方去;國際貿易也必需將食品這一項給剔除。在此我們不討論意識型態,您可以討厭以上這些販售乳品的公司中的其中一家、兩家、甚至每一家,筆者都沒有意見,但是當我們討論到科學的部分,且讓科學歸科學、意識型態歸意識型態,這樣國家民族才有進步的可能。

P.S. 昨天(2015/11/12)的蘋果日報上的「【食安解謎】系列1 牛奶不結塊是加了防腐劑?」裡面,台大生技中心教授許輔也提到「只要在牛奶的加工過程中,攪拌均勻成為均質後,讓牛奶顆粒變成非常小,像奈米般小的顆粒,就能讓水、奶、油達到穩定平衡的狀況,顆粒間形成穩定,形成不結塊,這項技術反而是很高階的技術。」所以,牛奶沒有結塊,並不代表牛奶就加了防腐劑或品質改良劑。不過,就算放在室溫下四、五個小時還沒有結塊,也不該再喝了。

2015年11月5日 星期四

由指紋(fingerprint)可以辨別性別

指紋。圖片來源:wiki

大家都知道從指紋可以作為刑事鑑定,但若指紋的主人過去從來沒有犯罪的紀錄,警方也只能先存檔提供後續的鑑定了。

不過,最近這些年,由於科技的進步,檢驗所需要的樣品越來越少,最近已經開發出可以由指紋殘留的物質中檢驗出嫌疑人是否有吸食古柯鹼了;而來自紐約州立大學的Jan Halámek教授,最近開發出了用指紋上殘留的氨基酸檢驗指紋的主人是男是女!

怎麼驗呢?原來,因為男女賀爾蒙分泌的影響,造成女性的汗水中分泌的氨基酸量比男性高。Jan Halámek教授使用了兩個酵素:L-氨基酸氧化酶(L-AAO,L-Amino Acid Oxidase)與辣根過氧化物酶(HRP,Horseradish peroxidase)來作為偵測的工具。偵測的原理如下圖:

圖片來源:Analytical Chemistry

先用一滴0.01M的鹽酸(HCl)滴在指紋上,再以攝氏40度加熱20分鐘;接著便以這兩個酵素與液體中的氨基酸進行反應。L-氨基酸氧化酶會將氨基酸氧化,產生過氧化氫(H2O2);而辣根過氧化物酶再將過氧化氫與o-dianisidine作用,產生可吸收436奈米(nm)波長的光線的產物。如此一來,便可以使用簡單的分光光度計來偵測了。

Jan Halámek教授希望未來可以光憑一個指紋上殘留的化合物,不僅可以了解指紋的主人是男是女,還能知道種族、年齡等等資訊呢!

參考文獻:

Crystal Huynh, Erica Brunelle, Lenka Halámková, Juliana Agudelo, and Jan Halámek. 2015. Forensic Identification of Gender from Fingerprints. Anal. Chem., Article ASAP DOI: 10.1021/acs.analchem.5b03323

2015年11月3日 星期二

七億五千萬年前的吸血鬼?

Vampyrellidae lateritia。圖片來源:wiki
若你沒聽過Vampyrellidae這屬的絲足蟲(Cercozoa),沒有關係,筆者也沒聽過。Vampyrellidae沒有外殼,大小大約為30微米(μm),具有絲狀的偽足(pseudopod)。

這類的生物有特殊的生活形態,它找到綠藻以後,會把細胞壁打一個洞,然後把裡面的綠藻細胞吃光光,像下面這樣...

圖片來源:Science News
最近加大聖塔芭芭拉分校的研究團隊,在大峽谷發現了一些化石,顯示類似Vampyrellidae這種生物的祖先,可能在七億五千萬年前就出現在地球上了。

他們找到了一些藻類的化石,其中有部分出現了0.2–2.9 微米的小孔。從化石的其他部位觀察,研究團隊不認為這些化石是死亡後正在分解的藻類,加上有些小孔很明顯的可以看到細胞壁向內、以及越往裡面越窄的型態,因此科學家們認為,這些化石證明了類似Vampyrellidae的生物,至少在七億五千萬年前,就出現在地球上了。

對綠藻來說,遇到如Vampyrellidae這類的掠食者,大概就只能無奈地被吃掉;不過,或許也就是如此,使植物們演化出具有木質素的次生細胞壁?

參考文獻:

PORTER, Susannah M. 2015. TINY VAMPIRES IN ANCIENT SEAS: EVIDENCE FOR PREDATION VIA PERFORATION IN NEOPROTEROZOIC MICROFOSSILS. 2015 GSA Annual Meeting in Baltimore, Maryland, USA (1-4 November 2015)

2015年11月2日 星期一

火星新發現:為什麼找到水很重要?

美國太空總署前一陣子公布火星上有液態水的證據,讓大家興奮不已。相信很多人都會覺得奇怪:找到有那麼重要?我們人類什麼需要水呢

科學家在地球以外的星球找到水,而且是流動的水,代表火星生命存在的可為什麼有水就代表可能有生命呢?這就要從水的特性開始說起

水分子配合電子特性

是由一個氧原子(O與兩個氫原子(H)構成,這個組合使它成為宇宙中最佳的溶劑
原子跟原子之間會形成所謂的共價鍵」。「共價鍵」是什麼呢?就是兩個原子結合用電子手拉手
通常大的原子力氣(正電)也大由於氫跟氧的質量相差了十六也就是說,氧的力氣比氫大,所以在「手拉手」時,電子會被拉往氧那一邊。由於電子帶的是負電,一直往氧那邊跑,就讓氧原子那邊變成帶負電,而氫原子那邊變成帶正電,也就成了我們說的「極性共價鍵」。
另外,的分子結構也很獨特當水遇到帶正電的物質時,水會把自己帶負電的一邊(氧)朝向它,把它團團包圍;遇到帶負電的物質,水就把帶正電(氫)的一邊朝向它。這麼一來,不管這個物質是帶正電或負電,水都可以把它包圍起來,這個物質成了水的一部分,也就是說,它被水溶解了
因此,幾乎是「萬物皆可溶」的溶劑,也很適合作為生物體內的溶劑細胞藉由水來傳遞各種訊號。不過,用水當溶劑的好處還不只這樣

水分子距離不易改變

水分子會跟周圍的四個水分子產生緊密的聯結你一定想像不到,它們聯結後產生的力量,就像要三千條細絲成的網子拉開那樣,幾乎是不可能的!
因此,要改變水分子之間的距離(也就是把水變成冰或水蒸氣),要力氣」很大也因為這樣,水可以存很多能量(熱量),但溫度只上一點點

人體不會因溫度停擺

想像你是《魔鬼終結者2的液態金屬人吧!雖然他在電影中看起來,但金屬原子沒有像水一樣的連結,所以只需要一點點能量就改變溫度,到了夏天體溫會上升太快,器官無法正常運作;等冬天又會因為體溫太低,器官功能停擺。
身體主要由水構成的我們雖然看起來不怎麼酷,但因為水可以吸很多熱量卻只變動一點點溫度,所以一年四季,不管是熱天冷天,我們比較不會因為氣溫變化影響器官功能當然,真的很熱或很冷的時候,人體還是會受不了

地球生物水作溶劑

水分子之間的緊密聯結,使植物可以將水運上數公尺高的大樹頂端;如果是其他液體,因為缺乏這種聯結特性,可沒辦法光靠葉片蒸發帶來的拉力一路往上爬呢
因此,地球上所有的生物都是以水當作細胞的溶劑。即使放眼整個宇宙,恐怕也找不到更好的溶劑可以取代水。這就是為什麼科學家對於在火星上找到水這件事感到如此的雀躍,因為這正是找到生命存在的第一步

(原文刊載於2015/10/29國語日報科學版)

圖片來源:國語日報