2021年3月30日 星期二

章魚(octupus)也作夢嗎?

 

圖片來源:維基百科

人的睡眠分成速動眼睡眠(REM,rapid eye movement)與非速動眼睡眠兩個時期。研究顯示鳥類的睡眠也有這兩個時期,可能爬蟲類也有。最近的研究發現,章魚的睡眠也有這兩個時期。

研究人員觀察四頭圈養的Octopus insularis,發現這種章魚的睡眠循環每30-40分鐘重複一次,每次包括了約40秒左右的活性期(active stage)與長長的靜止期(quiet stage)。

在靜止期中,章魚的皮膚蒼白、瞳孔變窄。 牠們大多靜止不動,有時它們的吸盤和觸手尖端會緩慢地移動。 但是在活性期中,牠們的皮膚顏色變深、變硬。 眼睛移動,吸盤和身體抽搐。

由於人類通常在速動眼期作夢,這個發現是否意味著章魚也會作夢呢?研究團隊說,除非他們有辦法把電極貼在章魚的大腦上--但是章魚的大腦只包括了三分之一的神經元--否則他們無法確認章魚是否在這短短數十秒的活性期中有作夢。

章魚被認為是無脊椎動物中最聰明的生物。牠們有高度複雜的神經系統,並不都由大腦主控。

參考文獻:

Cyclic alternation of quiet and active sleep states in the octopus. iScience.

2021年3月26日 星期五

人腦為什麼能長得那麼大?

 

猩猩的大腦(左)與人的大腦(右)。圖片來源:Livescience

雖然腦子的大小與聰明才智並不直接相關,但單單比較大小,人腦是猩猩的三倍;就算比較腦與體重的質量比,人腦也是猩猩的兩倍。另外,科學家也發現,把人與猩猩的腦細胞做培養,讓它們先回復到幹細胞的狀態,再進行再分化形成腦組織時,人腦還是可以長得比猩猩大得多。

到底是什麼控制這個現象呢?最近的研究發現,有個稱為ZEB2的基因,在猩猩的大腦發育早期就開始表現,是這個基因,讓猩猩的腦神經細胞開始發生型態上的改變並停止分裂。這使得猩猩的大腦無法長得像人那麼大。人腦中的這個基因在較晚才會啟動,使人的大腦細胞可以先進行多次分裂,讓人的大腦可以長到有猩猩的兩倍大。

參考文獻:

Cell. DOI:https://doi.org/10.1016/j.cell.2021.02.050

2021年3月24日 星期三

六碳糖激酶2(hexokinase 2)的SUMO化與它的致癌性

 

圖片來源:維基百科

許多癌細胞主要的能量來源來自於醣解作用(glycolysis)而非電子傳遞鏈,這個現象稱為瓦氏效應(Warburg effect)。在醣解作用中,第一個酵素-六碳糖激酶(hexokinase,HK)非常重要:它不僅是醣解作用的第一個速率限制步驟,還擔負了把葡萄糖(glucose,哺乳動物主要的能量來源)留在細胞裡的功能。接著這個已由葡萄糖被轉化為葡萄糖 6-磷酸(glucose 6-phosphate)的化合物,究竟是要繼續走完醣解作用或是轉入五碳糖磷酸途徑等其他代謝途徑,就要看細胞的需求。

人體一共有五個六碳糖激酶,其中HK1在許多組織中都有廣泛表現、HK3與HK5的功能未知、HK4只表現在肝臟與胰腺中,對葡萄糖專一性高,又被稱為葡萄糖激酶(glucokinase)。至於HK2則表現於胚胎組織與惡性腫瘤中。過去的研究發現,HK2會跟粒線體(mitochondria)外膜結合,而這個結合與HK2的致癌性有關。

最近的研究發現,HK2會被一種稱為「小分子類泛素修飾蛋白(SUMO,Small Ubiquitin-like Modifier)」在第315與第492個胺基酸(都是離胺酸)給修飾,而無法被SUMO化的HK2則會與粒線體結合,並使得細胞消耗更多的葡萄糖、產生更多乳酸(發酵作用的產物)、進行更少的電子傳遞鏈。在實驗中,當HK2無法被SUMO化時,攝護腺癌細胞的增生增加,且對化療藥劑所導致的細胞凋亡有保護作用(也就是說,它們可以抵抗這些化療藥劑)。

過去已經發現,將HK2給剔除可以降低癌變發生,對細胞本身也沒有什麼害處。這次的發現,開啟了一個新的途徑。研究團隊也發現在細胞中負責替HK1去SUMO化的酵素為SENP1,如果能在癌細胞中抑制這個酵素,或許可以降低癌細胞的惡性程度,或者也可以讓化療藥物更加有效,達成治療癌症的目的。

參考文獻:

Shangguan, X., He, J., Ma, Z. et al. SUMOylation controls the binding of hexokinase 2 to mitochondria and protects against prostate cancer tumorigenesis. Nat Commun 12, 1812 (2021). https://doi.org/10.1038/s41467-021-22163-7

2021年3月10日 星期三

斷尾求生不稀奇,切頭求生才是極致!

 

圖片來源:Sayaka Mitoh.

所謂的「自割」(autotomy)指得是動物在緊急的時候,會捨棄自己的一部分身體,以獲取個體的生存的一種現象。自割的能力散見於不同動物之間,大家最熟悉的應該是蜥蜴的斷尾求生。最近也有研究者發現,美國短吻鱷的尾巴在被截斷以後可以再生,但這應該不能算是自割現象,畢竟鱷魚不會在被掠食者追逐的時候自行斷尾。

最近發表在《當代生物學》(Current Biology)上的研究發現了「斷尾求生」的極致。屬於囊舌總目(Sacoglossa)的海蛞蝓(seaslug)如 Elysia marginata 與 Elysia atroviridis,在身體被寄生蟲感染後,會把頭與身體從脖子的位置分割開來(分割過程中可以很清楚地看見一條溝,請參考下方影片)、拋棄絕大部分的身體(包括心臟),再重新長出一個身體!切割開的頭部傷口在一天內會閉合,並在數小時內開始進食。非常厲害的是,頭在七天內會重新長出一個心臟,並在20天內完成新身體的生長。不過,這個能力僅限於比較年輕(介於孵化後226-336天之間)的海蛞蝓,如果是比較老的個體(480-520天),則在自割後頭部無法進食、也無法長出身體,而在十天內死亡。(下方影片來自Current Biology)


至於說分割下來的身體呢?可以想見的,因為這樣的自割現象是出現在身體遭受寄生蟲感染之後,所以分割下來的身體並無法重新長出一顆頭,而是慢慢地萎縮、分解(雖然心臟在萎縮分解前,還是持續地在跳動)。

這類的海蛞蝓在過去也被發現,當他們進食藻類時,可將藻類的葉綠體(chloroplast)完整地融合到自己的細胞內,並讓這些葉綠體進行光合作用、產生產物為自己所用(最著名的例子為綠葉海天牛 Elysia chlorotica)。這次的發現,讓我們發現這個生物還真的是多才多藝呢!

參考文獻:

Extreme autotomy and whole-body regeneration in photosynthetic sea slugs. Current Biology. https://doi.org/10.1016/j.cub.2021.01.014

2021年3月6日 星期六

為什麼減肥減不掉鮪魚肚?

 

圖片來源:Harvard University

減肥可說是全民運動。沒有減過肥的人大概是稀有動物吧!但是只要減過肥,應該就會發現「鮪魚肚」(fat belly)好難減!

最近雪梨大學以老鼠為模式的研究發現,在「隔天斷食」的減肥法時,我們的內臟脂肪(visceral fat)與皮下脂肪(subcutaneous fat)的基因表現會出現劇烈的改變,進入「保存模式」(preservation mode),減少脂肪的分解。更糟糕的事情是,在我們恢復進食的那一天裡,這些部位的脂肪還會加速脂肪的累積!

研究團隊研究了八千五百個基因的表現,最後得到這個結論。當然,如果採用其他方式的節食減肥法(如目前較盛行的每週斷食兩天),可能結果會不一樣。

所以,也就難怪光節食沒辦法減掉鮪魚肚了!一定要配合運動喔!

參考文獻:

Dylan J. Harney, Michelle Cielesh, Renee Chu, Kristen C. Cooke, David E. James, Jacqueline Stöckli, Mark Larance. Proteomics analysis of adipose depots after intermittent fasting reveals visceral fat preservation mechanisms. Cell Reports, 2021; 34 (9): 108804 DOI: 10.1016/j.celrep.2021.108804

2021年3月2日 星期二

給蠶寶寶吃奈米纖維素來提升蠶絲強度

 

圖片來源:維基百科

蠶寶寶是蠶蛾(Bombyx mori)的幼蟲,在織繭的時候產生的蠶絲是很重要的天然纖維。考古發現中國大約在五千年前便已馴化蠶蛾,但詳細的地點未知。

最近日本東北大學的研究發現,餵食蠶寶寶奈米纖維素(CNF,cellulose nanofiber),可以提升蠶絲的強度到兩倍。因為蠶絲甚至可應用於人體內,所以提升它的強度可讓蠶絲的應用更廣泛。

由於奈米纖維素就是以植物為原料產生,所以這是一種相對環保的添加物。

參考文獻:

Chen Wu, Satoshi Egawa, Teruyoshi Kanno, Hiroki Kurita, Zhenjin Wang, Eiji Iida, Fumio Narita. Nanocellulose reinforced silkworm silk fibers for application to biodegradable polymers. Materials & Design, 2021; 202: 109537 DOI: 10.1016/j.matdes.2021.109537