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2024年3月14日 星期四

為什麼要停經(menopause)?從齒鯨的研究深入瞭解

 

虎鯨。圖片來源:維基百科

儘管一般認為雌性個體若能整個成年生命週期持續繁殖,絕對可以最大化其繁殖成功率,但偏偏人類女性就不這樣做---人類女性通常會在自然壽命結束前數十年就停止繁殖。為什麼要這麼做?

過去有許多理論討論為何人類要停經,包括祖母假說(Grandmother Hypothesis)、生殖衝突假說(Reproductive Conflict Hypothesis)、配偶選擇理論(Mate Choice Theory)、壽命假說(Lifespan Hypothesis)等。因為要測試並不容易,所以各自都有擁護者。

不過,隨著我們對動物的知識的累積,科學家發現不只是人類,許多齒鯨(toothed whale)也有停經行為:短鰭領航鯨(Globicephala macrorhynchus)、虎鯨(Orcinus orca)、偽虎鯨(Pseudorca crassidens)、白鯨(Delphinapterus leucas)和獨角鯨(Monodon monoceros)。如果能收集這些齒鯨的數據,或許可以幫助我們解開停經之謎。

最近發表在《自然》期刊上的論文,就是透過組裝和分析比較齒鯨資料庫,對這一現象進行了測試。

研究團隊收集、組織、並分析不同齒鯨物種的生命史數據(包括壽命、繁殖數據等)來進行,目的是測試和比較有關停經進化的不同假設,特別是評估這些特徵在不同齒鯨物種中的變化和分布模式。

他們從科學文獻、資料庫和其他可靠資源中收集有關齒鯨的生命史數據,包括壽命、繁殖壽命、體型等。然後,將收集到的數據組織成可比較的格式,對數據進行清理和前處理,以便於分析。接著,他們使用統計和數學模型對數據進行分析,探索不同物種間的相似性和差異性,以及停經特徵的演化模式。最後,對收集到的數據進行假設測試,比如「活得更長」假設和其他與停經進化相關的理論。

研究團隊比較了具有停經特徵的齒鯨物種與沒有停經特徵的物種之間的壽命和體型關係。結果顯示,擁有停經特徵的齒鯨物種的壽命比預期的基於其體型更長,但它們的繁殖壽命並未比同體型的無停經物種更長,這支持了停經進化與總壽命延長而非繁殖壽命延長有關的假設。

另外,在擁有停經特徵的齒鯨物種中,雌性與其子代和孫輩的壽命重疊增加,這意味著雌性在停止繁殖後仍然活著,並有更多機會進行代際幫助,如提供照顧和保護。這增加的壽命重疊是通過延長總壽命而非延長繁殖期實現的。

透過對具有停經特徵的齒鯨物種與其他哺乳動物(包括人類)的生命史策略進行比較,研究顯示了停經進化與延長非繁殖期壽命之間的關聯。特別是,在人類中,女性也展現出在生育能力結束後的長壽命,這與齒鯨中觀察到的模式相似,強調了延長壽命作為停經進化一個普遍的進化途徑。

另外,利用生命史數據和統計模型進行的分析預測了如果停經不是透過延長壽命而是透過延長繁殖壽命來進化,那麼齒鯨的壽命和繁殖模式將會有不同的預期模式。這些模型預測與實際觀察到的數據不符,進一步支持了停經與總壽命延長而非繁殖壽命延長的相關性。

另外,研究團隊還深入探討了停經在人類和齒鯨中的相似性,顯示這兩個高度不同的物種在停經的進化上展現了驚人的相似性。在人類和齒鯨中,停經透過延長總壽命而不同時延長繁殖壽命而進化。這一發現為理解停經的進化,包括在人類中的進化,提供了重要的洞見。

總而言之,這項研究透過比較不同物種來測試有關停經進化的理論,並提出了幫助和傷害之間的平衡可能對停經進化有重要影響的觀點。研究結果不僅對理解齒鯨停經的進化機制具有重要意義,也對比較人類與其他物種的生命史策略提供了寶貴的見解。

參考文獻:

Ellis, S., Franks, D.W., Nielsen, M.L.K. et al. The evolution of menopause in toothed whales. Nature (2024). https://doi.org/10.1038/s41586-024-07159-9

2017年8月24日 星期四

停經是一件特別的好事

殺人鯨。圖片來源:Wikipedia
女性同胞們對月經與停經(menopause)應該都不陌生,這兩件事到底是好事還是壞事,不同的人有不同的看法。人類的女性通常在五十歲左右停經,在停經後,還可以活個二、三十年,但是大部分的動物是一直到死前都還有生殖能力的。跟人一樣會停經的哺乳動物,只有兩種:殺人鯨(Orcinus orca)與短鰭領航鯨(Giobicephala macrorhynchus)。如果只有這幾種哺乳動物會停經,是否意味著停經有害呢?如果停經有害,那麼這三種動物又為何還能生存下去呢?

有些科學家認為,停經可以讓年老的雌性協助育幼,這樣可以提高幼兒的存活率;但也有科學家認為,停經是因為「生殖衝突」(Reproductive Conflict)所產生的結果。什麼是「生殖衝突」呢?當年老的雌性與年輕的雌性在重疊的時間育幼時,「老」媽媽的孩子存活率會明顯降低。

至於為何「老」媽媽的孩子存活率較低呢?科學家們認為,可能是隨著媽媽一胎胎地生,她與附近各群之間的成員們親屬關係就越來越緊密;這造成為育幼而打獵、分配食物的時候,「老」媽媽們會因為左看也是親戚、右看也是親友,於是就搶不下手。但年輕的媽媽因為這些大多都不是她的親戚朋友,搶起食物來就比較沒有顧忌了。食物充足,小寶寶當然長得好,死亡率自然降低了。

要證明生殖衝突存在,科學家們至少要能夠證明:

(一)、個別雌性動物與周遭的社群之間的親屬關係,的確是隨著年紀漸長逐漸增加;
(二)、「老」媽媽的幼兒,如果與其他年輕雌性的幼兒在哺育的時間上重疊時,「老」媽媽的幼兒死亡率會比較高。

主要由英國科學家所組成的國際研究團隊,打算要以殺人鯨為研究材料,來解答這個問題。但要證明親屬關係隨著年紀漸長而增加,馬上就遇到一個困難:殺人鯨跟人一樣,也是相當長壽的動物。母鯨的平均壽命是50歲,從10歲到40歲之間都可以生育。因為牠們每懷一胎要15-18個月,小寶寶到一歲才開始斷奶,所以母鯨平均每五年才能生一胎。這樣非要觀察個幾十年,否則無法取得足夠的數據來進行分析。

還好,他們手上已經有過去四十年觀察兩群殺人鯨的資料。否則,要從頭觀察個幾十年,科學家的青春也有限啊!

從過去四十年收集到的資料分析發現:隨著年紀漸長,雌性殺人鯨與附近的社群成員之間的親屬關係逐漸上昇;到停經前上昇到最高,然後逐漸下降。親屬關係的上昇主要來自於雄性,因為雄性殺人鯨為了避免近親繁殖,不會找同群內的雌性交配。停經後為何親屬關係就開始下降呢?因為雄性殺人鯨很少活超過三十歲,但要到二十歲左右才開始繁殖;當雌殺人鯨停經後,隨著跟她有親屬關係的雄殺人鯨漸漸死亡,她與附近的社群之間的親屬關係當然就慢慢下降了。

接著要能看到「老」媽媽的孩子在跟其他年輕媽媽的幼兒同時哺育時,死亡率會比較高。一樣可以從過去四十年的資料來分析,只是要重疊多長的時間才算呢?前面提到,小寶寶一歲開始斷奶;那麼重疊一年算嗎?但是那只是「開始」斷奶,從這個點開始算還是要大約一年才能完全斷奶呢!所以最後他們的標準是:只要在自己的孫兒孫女出生前兩年到兩歲生日之間的「老蚌生珠」,都算是重疊。

結果發現:落在這個區間的「老來子」,死亡率比孫兒孫女高了1.67倍;如果是在孫兒孫女出生前誕生的「老來子」,死亡率更高了1.95倍之多!但只要不是落在這個區間的「老來子」,死亡率並沒有明顯提高,顯示並不是因為老媽媽造成孩子先天不足的關係。

研究團隊分析數據也發現,似乎也不能排除「阿嬤效應」:阿嬤仍健在的孫兒孫女,即使阿嬤在他們出生前兩年內也生了小寶寶,這些孫兒孫女的存活率仍高於沒有阿嬤的孫兒孫女。或許是阿嬤也會協助哺乳、或許是阿嬤給予媽媽一些生存技巧上的援助,畢竟數字雖然能告訴我們一些事,但中間究竟發生了什麼,也只能猜測、無法確定了。

總而言之,從長達四十年的觀察數據可以看到:老來子不論比孫兒女先出生或後出生,死亡率都較高。由於懷孕與育幼都非常消耗能量,在這樣的狀況下,以停經這種可以永遠防止懷孕發生的機制,對整個族群的存活,確實是好處多於壞處的。年老雌性不再具有生殖能力,一方面可以防止能量的浪費,另一方面又可將這些能量轉移給年輕的雌性哺育幼兒,畢竟自然界的資源也不是無限的。雖然阿嬤也會把她的生存智慧傳承給下一代,但生育並不妨礙智慧傳承;如大象也會有智慧傳承,但雌性大象通常到死前都還保有生育能力,就是最好的證據。

相較於殺人鯨的幼年期僅有兩年,人的幼年期至少有五六年,養育的成本比殺人鯨更高;從殺人鯨的例子我們可以看到,或許人發展出停經的理由,與殺人鯨也相去不遠!

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:

Croft et al., Reproductive Conflict and the Evolution of Menopause in Killer Whales. Current Biology (2017)  http://dx.doi.org/10.1016/j.cub.2016.12.015

Wikipedia. Killer whale.