猩猩為什麼吃土？

圖片來源：PLOS ONE。

從烏干達的首都坎帕拉到默奇森瀑布國家公園（Murchison Falls National Park）的路上，會經過Budongo森林。這片森林裡，過去有許多桃花心木，也居住著許多猩猩。這些猩猩，過去食物中八成是水果與樹葉，其他兩成是花、樹皮、昆蟲與肉。

最近這些年，這些猩猩們開始吃土、喝泥水、以及用嚼爛了的鐵莧菜屬（Acalypha）植物沾泥水放在嘴裡吸。而且，牠們並不是什麼土都吃的。猩猩們特別會去吃某一棵大樹下的土，那裡的土質與大部分Budongo森林的土質不同。大部分Budongo森林的土是紅棕色的，而那株大樹下的土顏色比較淺而帶灰色。同時，牠們喝的泥水也是來自於同樣土壤。

於是有一些科學家們就開始對猩猩吃土這件事感到好奇了。猩猩當然不是錢花光了才吃土，如果是那樣，牠們吃土會有個週期。事實上，猩猩在2005年之前並不常吃土。2005年以後，吃土的猩猩慢慢多了起來；到2012年以後，猩猩吃土變成了一種常態。

在這些年，猩猩的飲食有什麼變化呢？比對以前的紀錄，研究團隊發現，之前猩猩常吃的一種棕櫚樹（Raphia farinifera）不見了。

Raphia farinifera。圖片來源：wiki

棕櫚樹去哪兒了呢？原來是附近的菸草農夫把棕櫚樹給砍去捆菸草了。原本猩猩會吃腐爛中的棕櫚，但這些年都吃不到了；而就在差不多這時候，猩猩們開始吃土、喝泥水。

所以，是否腐爛的棕櫚枝葉提供了什麼養分呢？還有，那些土裡面，是否提供了什麼猩猩需要的養分呢？最後，腐爛的棕櫚枝葉中所提供的養分，是否與土裡面的養分是相同的呢？

於是，研究團隊收集了猩猩愛吃的黏土、用鐵莧菜屬植物沾泥水的土、以及森林中的其他土壤；黏土坑裡的泥水、其他土坑裡的泥水、河水來比較它們之間的養分是否不同。除此之外，由於猩猩也會吃白蟻巢穴的土，所以他們也收集了白蟻巢穴的土。

比較的結果發現，最有營養的土應該要首推用鐵莧菜屬植物沾泥水的土，含有高量的鉀、磷、鈣、鐵、錳、鎂；另外，白蟻巢穴的土也不遑多讓，除了鈉離子極低以外，其他金屬離子的含量都很高，尤其鐵與鋁的含量竟達一般土壤的十倍以上。至於猩猩愛吃的黏土，則呈現鈉離子極低而鋁離子很高的現象，代表這些黏土可能是高嶺土。當然，這些土的礦物質含量都高過森林中其他地區的土。而泡過黏土的水，礦物質的含量也高過泡過森林中其他泥土的水，當然也比河水的礦物質含量高出許多。

分析的結果，猩猩們吃最多的黏土，礦物質含量雖然比一般的土高，但也不是那麼的「營養豐富」；至少與沾過鐵莧菜屬植物的土、以及白蟻巢穴的土差多了。那麼，為什麼還要吃土呢？缺錢嗎？研究團隊認為，猩猩們吃那些黏土，可能是為了口感。

研究團隊記錄了一百一十一次猩猩拿嚼過的植物沾泥水吸，其中有七十八次都是用鐵莧菜屬的植物，意味著猩猩在吸水用的植物種類的選擇上，是刻意的。用鐵莧菜屬植物來沾泥水的好處在哪裡呢？或許是因為這類植物所含的縮合單寧（condensed tannin）可以有助於黏土中所含的鐵被釋放出來。這一帶的猩猩有時會捕獵疣猴（colobus monkey），藉由吃疣猴肉來取得鈉與鐵。或許吸食用鐵莧菜屬植物沾取的泥水，做為補鐵妙方，可以讓猩猩們不需要這麼頻繁地去捕獵疣猴。打獵總是有風險的，筆者在「動物星球」（Animal Planet）頻道中看過猩猩打獵，總覺得風險也還是不小。

疣猴。圖片來源：wiki

除了補充鐵質以外，吃黏土也有解毒的功效。由於這些黏土的成分可能就是高嶺土，而高嶺土可以吸附許多毒素。猩猩日常吃許多樹葉與果實，難免也會吃到一些不太好的東西、有毒的成分，這時候，吃點黏土就可以幫忙解毒囉！

猩猩不是唯一當地會吃土的動物。當地的婦女在胃不舒服或懷孕時，也會吃黏土；疣猴也會吃黏土，甚至會喝自己的尿來把排泄出去的多餘的鈉再吸收回來。

所以，猩猩吃土可不是因為月底了，而是為了補充養分喔！

參考文獻：

Vernon Reynolds et. al., 2015. Mineral Acquisition from Clay by Budongo Forest Chimpanzees. PLOS ONE. DOI: 10.1371/journal.pone.0134075

生吃蟾蜍可以治病？還是致命？

盤古蟾蜍（Bufo bankorensis）。圖片來源：wiki

中國四川省一名女子誤信吃蟾蜍可解毒、治療痘痘，某日，決定一口把蟾蜍吃下肚，不料，吃完不到一小時，就產生噁心、想吐等症狀，送到醫院時已意識模糊、不能正常說話。當地醫師說，病患送醫時有腹痛、心律不正等現象，檢查後，確定是吃蟾蜍中毒，立刻進行洗胃、心電治療，住進加護病房3天後，才康復出院。

蟾蜍的毒素來自於耳後腺（parotoid glands）以及皮膚，乾燥後稱為蟾酥（bufotoxin），內含30多種成分，依不同種類而有不同。

蟾酥為蟾蜍科動物中華大蟾蜍（Bufo gargarizans Cantor）或黑眶蟾蜍（Duttaphrynus melanostictus Schneider）的耳後腺和皮膚腺體的乾燥分泌物，主要產於吉林、山東、遼寧、江蘇等地，於夏秋兩季採收。蟾酥裡面的化學成分通常可以分為兩大類：強心苷（cardiac glycosides）與色胺（tryptamine），要炮製以後才能服用，有消腫解毒的效果，但是生吃只要一隻就足以致命。

簡單來說，除非你是段譽，否則不要想生吃蟾蜍還能活命。

新聞來源：

誤信吃蟾蜍消痘　女子險沒命

Wikipedia bufotoxin

棕色脂肪說：「熬夜使人胖！」

晝夜顛倒的生活會使代謝紊亂已經不是新聞了！相關的研究發現，輪班工作者經常因為生理時鐘受影響，導致代謝紊亂，最後造成肥胖、第二型糖尿病、心血管疾病等。而影響生理時鐘最大的因素是光。 一項由牛津大學研究團隊在2014年發表的大型研究也發現，夜間光照與肥胖之間呈現相關（1）；而生理時鐘基因缺損的小鼠，出現肥胖與胰島素阻抗（insulin resistance）（2）。但是，到目前為止，究竟夜間光照如何導致肥胖的機制，還不清楚。

棕色脂肪組織（brown fat tissue）是人體中消耗大量能量的組織之一。透過它的粒線體，棕色脂肪將原本燃燒三酸甘油酯（TG，triglycerides）所產生的能量全部轉換為熱能、進行所謂的「不發抖產熱」來調節體溫。

這是怎麼發生的呢？原本粒線體進行細胞呼吸（cellular respiration）的目的是產生能量（ATP）供細胞作功使用；但由於棕色脂肪中的粒線體多了UCP1蛋白（uncoupling protein 1，又稱為thermogenin，下圖紫色橢圓）：

UCP1（下方紫色橢圓）的作用機制。圖片來源：wiki

UCP1將電子傳遞鏈所運送的、原本要用於產生ATP的氫離子（H⁺）直接送回粒線體基質（mitochondrial matrix，米色區塊），於是氫離子中所含的能量全部轉換為熱能，成為我們的體溫的一部份。

由於棕色脂肪組織消耗相當多的能量，而過去又發現交感神經（sympatheic nervous system）連結到棕色脂肪組織；於是在荷蘭的研究團隊便決定來看看過多的光照是否會影響棕色脂肪組織的活性（3）。

他們將小鼠分成三組，第一組是白天黑夜各12小時；第二組是16小時光照、8小時黑夜；第三組則是24小時光照。結果發現，雖然三組吃一樣的食物、體重也都差不多，但是24小時光照組的白色脂肪量（以gWAT，性腺白色脂肪組織，來計算）比12小時組的多了兩成（16小時組的白色脂肪量則介於兩者之間）。

讀者可能會說，會不會24小時組的老鼠吃得比別人多？事實上，研究團隊發現24小時組的老鼠，活動力比其他兩組要差，吃得也比其他兩組少。所以，這一組的老鼠的白色脂肪比別人多，並不是因為吃得多的關係。

而研究團隊進一步使用同位素標定的脂肪（油酸，oleate）與葡萄糖來觀察棕色脂肪的活性。結果發現，24小時組的老鼠，在幾個不同部位的棕色脂肪組織都出現了脂肪與葡萄糖攝取降低的現象；但是牠們的肝、心與肌肉對這些養分的攝取並沒有降低。

在更進一步的實驗中，研究團隊發現在24小時光照組的老鼠，牠們的棕色脂肪組織合成正腎上腺素（norepinephrine）的能力下降了。由於交感神經主要是透過腎上腺素來調節組織的活性，因此研究團隊又做了一件事：將連往棕色脂肪組織的交感神經切除。

切除以後的老鼠體重上昇了、棕色脂肪組織的活性下降了，但有意思的事情是，即使給牠們24小時光照，切除交感神經的老鼠的棕色脂肪組織的活性並沒有再進一步降低。這顯示了，光照對於棕色脂肪組織活性的影響，是透過交感神經系統來調節的。

看到這裡，讀者朋友可能會覺得，好，我們知道光照會影響棕色脂肪組織的活性，進而使我們肥胖、甚至發展出第二型糖尿病、心血管疾病；但對於輪班工作者來說，上班怎麼可能不開燈呢？所以這樣的研究對他們來說又有什麼用？

或許對於輪班工作者來說，是真的無可奈何（除非放棄工作）；但如果單考慮棕色脂肪組織的話，似乎可以將工作環境的溫度調低，對於提高它的活性有一定程度的幫助。而對於一般人來說，這個研究結果意味著睡覺的時候不開燈，可以維持棕色脂肪組織的活性，對我們的健康是有益的，不是嗎？

（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. Emily McFadden et. al. 2014. The Relationship Between Obesity and Exposure to Light at Night: Cross-Sectional Analyses of Over 100,000 Women in the Breakthrough Generations Study. American Journal of Epidemoiolgy. doi: 10.1093/aje/kwu117

2. F.W. Turek et. al. 2005. Obesity and metabolic syndrome in circadian Clock mutant mice. Science. 308（5724）：1043-1045.

3. Sander Kooijman et. al., 2015. Prolonged daily light exposure increases body fat mass through attenuation of brown adipose tissue activity. Proc. Natl. Acad. Sci. USA. doi: 10.1073/pnas.1504239112

狩獵/採集族群的腸道菌真的跟我們不一樣嗎？

過去有研究認為，回到狩獵/採集族群的飲食方式（paleo diet，多樣、少量的攝食方式）對我們是有好處的；真的有好處嗎？

最近普朗克研究所（Mas Planck Institute）對居住在秘魯、巴西一帶的Matsés 族的腸道菌進行研究發現，最大的不同在於他們的腸子裡面有螺旋體（Treponema）！

Matsés 族人。圖片來源：wiki

由於Matsés 族可說是世界上碩果僅存的幾個狩獵/採集族群，要如何跟他們進行互動，巴西政府有很多規定。但是要研究人（不管是人的什麼），一定要對方「知情同意」（informed consent）才行。雖說腸道菌的研究只需要收集大號，再由其中分析細菌的組成就好；但知情同意這個步驟還是不可少。因此，為了要取得對方的知情同意，幾位人類學家給了Matsés 族一堂簡單的微生物學課程，還讓他們看了顯微鏡下的細菌...顯然課程很成功，因為其中一位Matsés 族人問研究團隊，這些腸子裡的微生物是否就是讓他小時候可以喝奶，長大後卻不能再喝的「兇手」呢（嗯...可以這麼說啦！）？

研究團隊比較了 25名Matsés 族人（捕獵猴子、樹懶、挖掘野生塊莖維生）與 31名居住在 Tunapuco（安地斯高原）的馬鈴薯農夫（種植馬鈴薯、吃天竺鼠、豬、羊、乳酪），以及 23名居住在 Norman的學校教職員（吃加工食品：罐頭水果、蔬菜、肉）的腸道菌。

三個族群的腸道菌分析結果。圖片來源：Nature Communications

結果發現，Matsés 族人以及Tunapuco農夫的腸道菌相比住在Norman的學校教職員豐富多了（見上圖）；而前兩個族群的腸道菌中都出現了螺旋體（Treponema），不過不是會導致梅毒的螺旋體喔！研究團隊將Matsés 族人的腸道菌中的螺旋體進行進一步分析的結果，發現這些螺旋體與存在於豬的腸道菌中，負責協助碳水化合物代謝的Treponema succinifaciens非常相似（16S 核糖體RNA序列分析結果有90~99%的相似度）。而居住在Norman的學校教職員的腸道菌中則根本沒有螺旋體的蹤跡。

由於過去的研究也曾在坦桑尼亞的Hadza族以及其他靈長類腸道中發現螺旋體，而這個發現再次提示了，螺旋體本來是存在於我們的腸道中，在人類學會了種田以後，不知何時（或許是我們開始大量攝取加工食品的時候？）螺旋體就跟我們分道揚鑣了。由於螺旋體也出現在Tunapuco的馬鈴薯農夫體內，而這些農人們還是維持著吃菜比吃肉多、少加工食品的飲食型態；因此研究團隊認為，都市化、工業化的族群因為多吃加工食品、少吃蔬菜水果，使得螺旋體永遠離開了我們，也使得我們腸道的菌相變得不再多元了。

但是，是否失去了螺旋體，以及其他許許多多的細菌們，就是造成現代人類有這麼多跟腸道相關的自體免疫疾病（如克隆氏症Crohn’s disease）呢？這是後續需要繼續進行研究的部分，或許未來可以將這些螺旋體列入腸道疾病的微生物療法中，不過筆者想，即使我們服用了這些螺旋體，如果飲食組成沒有改變，這些螺旋體大概很快就會跟我們說掰掰，然後我們又要肚子痛、拉肚子了。唉！

（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：

Ann Gibbons. 2015/3/25. Ancient bacteria found in hunter-gatherer guts. Science Now.
A.J. Obregon-Tito et. al., Subsistence strategies in traditional societies distinguish gut microbiomes. Nature Communications. doi: 10.1038/ncomms7505

腸道菌相也會隨著晝夜節律改變

圖片來源：wiki

因為地球自轉週期的關係，我們的生活有了晝夜之分；晝夜節律（circadian rhythm）影響我們各方面的生理功能。

哺乳動物的晝夜節律主要是由BMAL1、CLOCK這兩個活化蛋白以及PER（PERIOD）與CRY（CRYPTOCHROME）這兩個抑制蛋白來調節。

過去對於腸道菌相（intestinal microbiota）的研究，主要在生活型態以及飲食；例如，狩獵採集族群的腸道菌與都市族群不同、素食動物與肉食動物的腸道菌相不同等。最近開始有越來越多的研究發現，疾病（如嚴重燒傷）也會造成腸道菌相的改變，而2014年的兩篇研究發現，生物時鐘對於腸道菌相也有影響。

最近，來自賓州的研究團隊，研究小鼠（C57BL/6，如圖）的腸道菌相發現，小鼠腸道中的細菌在晚上11點最多，早上7點最少；這個晝夜變化的節律，在母鼠比在公鼠要明顯。

仔細分析之後發現：以整體菌相（relative abundance）來看，主要腸道菌Bacteroidete與厚壁菌門（Firmicutes）這兩類，各自有不同的節律。其中，Bacteroidete在晚上11點以及早上11點較多，早上7點最少。而厚壁菌門在早上3點與7點較多，晚上11點最少。變形菌門（Preteobacteria）則看不出節律性的變化。

研究團隊除了分析整體菌相之外，也分析了整體菌量（absolute abundance）。以整體菌量來看，小鼠的腸道菌在晚上11點時最多，早上7點時最少。

厚壁菌門在整體菌相上呈現了晝夜節律的變化，但如果以整體菌量來看，就沒有節律性了。相對的，變形菌門如果以整體菌相來看是沒有晝夜節律的變化的，但以整體菌量來看，就呈現了節律變化，而且雄性較雌性明顯。

當研究團隊把BMAL1基因剔除（knockout）以後，腸道菌的晝夜節律就消失了。仔細分析發現，BMAL1基因剔除的小鼠的腸道菌相，產生了一些變化，而這些變化使得晝夜節律消失。例如，Bacteriodete的節律消失，是因為主要的兩屬S24-7以及Prevotella都減少了，而Bacteroidales、Rikenellaceae以及Rikenella都增加了；而厚壁菌門的節律消失，則是因為Clostridiales、Clostridiaceae以及Peptococcaceae等屬都增加，但Allobaculum與Lactobacillaceae減少了。

類似的現象，也在其他時鐘基因Per1/2剔除的小鼠中發現。究竟晝夜節律是如何影響到腸道菌相的改變，還需要更多的研究。

參考文獻：

G.A.FitzGerald et. al., 2015. Rhythmicity of the intestinal microbiota is regulated by gender and the host circadian clock. Proc. Natl. Acad. Sci. USA. doi/10.1073/pnas.1501305112

無心插柳之硬脂酸（stearic acid）抑制粒線體破碎化

硬脂酸（stearic acid，C18:0）是全飽和的長鏈脂肪酸，是最經常再生物體內被發現的脂肪酸之一，僅次於棕櫚酸（palmitic acid，C16:0）。

硬脂酸。圖片來源：wiki

最近，由歐洲與中國科學家所組成的研究團隊發現，硬脂酸可以影響到粒線體的功能，使粒線體免於破碎化（fragmentation）的命運。

這一切的發現，都是從一個突變種的果蠅，Elovl6所引起的。

Elovl6果蠅因為缺少了可以將十六碳的脂肪酸延長成十八碳，造成這種果蠅在平常的培養狀況下，除非另外加給牠C18:0，否則活不過幼蟲時期。

有一天，研究團隊裡有人在配製給果蠅吃的食物時，忘記把抗真菌的藥劑加進去了。平常果蠅的食物裡都會加，以免食物太快就發黴，這次不小心忘了，卻發生了奇怪的事情。

什麼事情呢？那些Elovl6果蠅的存活率竟然大大提高了，原本即使給了C18:0，大概也只有不到一半可以活下來，現在竟然有八成都活下來了。

因為抗真菌的藥劑多半都會影響到粒線體的功能，所以研究團隊就測試了一下，結果發現Elovl6果蠅真的是粒線體的功能出了問題。Elovl6果蠅的粒線體都有破碎化的現象，加入C18:0就可以逆轉。

粒線體破碎化有兩種原因：分裂太旺盛或是無法融合。研究團隊抑制了DRP1蛋白，使粒線體無法分裂（DRP1的功能可以參考這篇文章），結果還是無法抑制缺少C18:0的細胞的粒線體破碎化，顯示缺少C18:0所導致的粒線體破碎化應該是無法融合所造成的。因此科學家們就開始看跟粒線體融合相關的基因。

粒線體融合大部分與mitofusin這個系列的蛋白有關，測試以後也發現，表現mitofusin可以逆轉缺少Elovl6果蠅的性狀，使大部分的Elovl6果蠅可以活過幼蟲時期。而且缺少mitofusin的果蠅，與Elovl6果蠅的性狀很相似。

經過一步步的抽絲剝繭後，研究團隊發現：原來C18:0（硬脂酸）可以被加到人類第一型運鐵蛋白受器（human transferrin receptor 1，TFR1）上。當TFR1被硬脂酸化（stearoylation）以後，它便無法活化JNK蛋白，造成HUWE1（泛素連接酶，ubiquitin ligase）無法幫mitofusin加上許多的泛素（ubiquitin）。如此一來，因為mitofusin充足，粒線體便可以融合。相反的，當C18:0缺少時，TFR1無法被硬脂酸化，於是便可以活化JNK，造成mitofusin被HUWE1高度泛素化後分解，粒線體的破碎化就產生了。粒線體破碎化的結果就是細胞能量供應不足，於是細胞就提早死亡了（詳細作用機制請參考下圖以及原始論文）。

硬脂酸如何影響粒線體的功能。繪圖：葉綠舒。
ZDHHC6：C18:0轉移酶（transferase）

由於TFR1與鐵的吸收有關，會不會這一切其實都只是因為缺鐵呢？研究團隊也測試了缺鐵的狀況，結果發現細胞可以在沒有C18:0的狀況下活上好些天，但是沒有鐵它們一下子就死了，顯示這一切應該跟缺鐵沒有關係，純粹是因為TFR1的硬脂酸化與否。

原本Elovl6果蠅只是用來研究脂肪代謝的突變種果蠅，沒想到「泡奶」的時候配錯配方，竟然會有意外的發現；這可是硬脂酸化可以調節蛋白質功能的世界第一例呢！

參考文獻：

Teleman A.A. et. al., 2015. Regulation of mitochondrial morphology and function by stearoylation of TFR1. Nature. doi:10.1038/nature14601

凱爾西（Frances Oldham Kelsey）與沙利竇邁（thalidomide）

凱爾西（Frances Oldham Kelsey）女士於前天（2015/8/7）與世長辭，享年101歲。

圖片來源：wiki

她是加拿大人，在1960年開始為美國食藥署（FDA）工作。當時她被分派到審核沙利竇邁（thalidomide，治療孕吐的藥物）的上市申請，儘管該藥物已在歐洲20國、加拿大與非洲多國通過，但因為一篇文獻提到沙利竇邁對神經系統有影響，她堅持藥廠要提供更多測試的數據。

沙利竇邁。圖片來源：wiki

當時她受到極大的壓力，幸好她有個好主管以及兩位好同事（ Oyam Jiro 與 Lee Geismar）的支持，始終堅持在藥廠提出更多數據之前，不讓該藥物上市。

不到半年，核准使用沙利竇邁的各國陸續有孕婦產下肢體畸形（phocomelia，phoco-來自於希臘文的「海豹」，phōkē，-melia請參考第十課（一））的嬰兒後，凱爾西遂成為人民英雄，並獲頒「傑出聯邦公民總統獎」（the President's Award for Distinguished Federal Civilian Service）。根據維基百科上的資料，最後全世界約有一萬名兒童出現肢體畸形，大約只有一半存活下來。

沙利竇邁導致的海豹肢畸形。圖片來源：wiki

食藥署也因為凱爾西的發現，修訂了許多關於新藥審核的法規。目前沙利竇邁仍可買到，主要用於治療多發性骨髓瘤。

2005年她由食藥署退休，當時已經90歲；食藥署並且為她設立了凱爾西獎（the Kelsey Award），獎勵食藥署優秀的工作人員。

據信，導致海豹肢畸形的沙利竇邁應該是（R）-沙利竇邁，而具有治療孕吐效果的則是（L）-沙利竇邁。（L）-沙利竇邁的結構類似某些促眠藥物，因此被認為可造成鎮靜效果。但這部分未經證實，畢竟無法單獨合成（L）或（R）-沙利竇邁，即使能合成99.9%純度的（L）或（R）-沙利竇邁，它也會自然轉換成為另外一種。