老鼠愛作夢？

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人會作夢，老鼠會作夢嗎？ 最近英國的UCL（University College London）的研究團隊發現，當老鼠醒著的時候看到食物，但不能到手時，接下來在夢境中他們會先籌畫好路線，等醒來就可以去嘗試。

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我們的腦中有一個構造稱為海馬迴（hippocampus，上圖中粉紅色的部分），它在我們進入一個陌生的環境時，可以幫助我們在腦中畫出一個地圖。近幾年的研究甚至發現，有時海馬迴還可以畫出沒去過的地方的地圖。

究竟海馬迴是如何幫我們畫下地圖的呢？ 原來，在我們到一個陌生的地方（A）時，海馬迴的一部份神經細胞（神經細胞群A）會啟動（fire）。當我們往前進到另一個地方（B），海馬迴的另一部份神經細胞（神經細胞群B）又會啟動。下次，當我們再度造訪這裡時，只要到了之前到過的地方，同樣的一群神經細胞又會再度啟動。A地啟動A群、B地啟動B群，一點都不含糊。

而UCL的研究團隊，先讓老鼠探索一個T字路。T字路的兩邊，一邊（A）有食物，另一邊（B）沒有食物，但是通道的開口被隔起來了，所以老鼠只能走到T字路的分叉點，眼巴巴地看著食物但吃不到。

接著，他們讓這些老鼠回去休息一小時，再將它們放回去T字路，這次屏障解除，老鼠可以跑到A點大吃一頓。

整個過程，老鼠的腦活動都被記錄下來。結果發現，老鼠在休息的時候，海馬迴有一群細胞啟動，這群細胞是剛剛在行走T字路時沒有啟動的；而這群細胞在後來休息完畢回到T字路，當他們跑到A點去大吃一頓時，又再度啟動了。

但是，當牠們跑到沒有食物的B點時，海馬迴有另一群細胞啟動，但這群細胞在看得到吃不到的時候、以及在休息的時候，都沒有啟動。

因為老鼠的腦構造與人相似，研究團隊認為，老鼠可能在夢中籌畫好了醒來的時候要怎麼樣去取得食物；他們同時也認為，或許這就是海馬迴受傷的人，為何對未來產生想像會有困難的緣故。

參考文獻：

H Freyja Ólafsdóttir, Caswell Barry, Aman B Saleem, Demis Hassabis, Hugo J Spiers. Hippocampal place cells construct reward related sequences through unexplored space. eLife, 2015; 4 DOI: 10.7554/eLife.06063

被綁架的粒線體

我們總是把細胞中的粒線體想像成一顆顆獨立的胞器，但是科學家們在多年前便已知道，同一細胞中的粒線體們，彼此之間是有聯繫的。在細胞中，粒線體經由膜的連結，構成一個網狀的構造；這樣的構造被稱為「粒線體網絡」（mitochondrial network）。 有意思的是，科學家們發現，在許多種類的癌症細胞中，粒線體網絡不見了。取而代之的是個別的粒線體；這樣的現象稱為「粒線體破碎化」（mitochondrial fragmentation ）。粒線體破碎化影響到它本身的功能，造成癌細胞更加依賴醣解作用（glycolysis ），而這樣的癌細胞也被發現是更加惡性的。

粒線體破碎化是怎麼發生的呢？過去的研究發現，在某些癌細胞中的粒線體會加速分裂，導致粒線體破碎化。當癌細胞的粒線體分裂被抑制以後，癌細胞分裂的速度也隨之降低，同時細胞凋亡的速度也上升了。

可是，究竟是什麼導致粒線體加速分裂？讓我們先來看一下下面這個圖：原來粒線體分裂需要Drp1蛋白先被召喚到粒線體膜上，接下來的磷酸化使Drp1組成一個環狀構造，然後環狀構造收縮...粒線體便一分為二了！過去的研究發現，RalGEF-Ral途徑可以經由召喚以及磷酸化（phosphorylation）Drp1蛋白，使粒線體加速分裂。

粒線體分裂的模型。圖片來源：Nature

由於RalGEF-Ral途徑位於Ras蛋白下游，這個發現使得科學家們懷疑，是否這就是癌化的Ras蛋白（oncogenic Ras）之所以以能夠讓癌細胞惡性化的手段之一呢？ 

最近，維吉尼亞大學（University of Virginia）的研究團隊發現，原來癌化Ras蛋白真的可以影響粒線體分裂，使得粒線體破碎化；而癌化Ras蛋白就是透過RalGEF-Ral途徑來指揮Drp1的磷酸化。也就是說，當Ras蛋白癌化後，它經由指揮一系列的蛋白質，最後讓Drp1活性上昇（磷酸化）；接著粒線體因為加速分裂而失去耗氧代謝方面的功能，產生癌細胞喜愛的環境...於是，癌細胞開始恣意生長，而不幸的病人就糟糕極了！

不過，在所有的癌症裡，Ras蛋白癌化的發生是否是一種非常普遍的現象呢？雖然Ras蛋白癌化在所有的癌症中發生率只有30%；但是在胰臟癌（pancreatic ductal adenocarcinoma）中，Ras蛋白癌化的發生率卻有90%！研究團隊發現，雖然要經由處理癌化的Ras蛋白來治療癌症很困難，但卻可以從Drp1蛋白下手。在大鼠實驗中，研究團隊若將Drp1的表現量降低，便可以使腫瘤的體積與重量都減少；因此，這個發現或許為胰臟癌的治療提供了一線生機，畢竟胰臟癌到目前為止，仍然是五年存活率相對極低的癌症呢！

（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：

2015/4/6. Common cancers highjack powerhouses of cells. Science Daily.

Jennifer A. Kashatus et al. 2015. Erk2 Phosphorylation of Drp1 Promotes Mitochondrial Fission and MAPK-Driven Tumor Growth. Molecular Cell,57:537-551.

牙齒怎麼來的？

超過98%的脊椎動物有牙齒，但是最早的脊椎動物（像文昌魚的魚類）是沒有牙齒的。

所以，牙齒是怎麼產生的呢？

荷蘭與英國的研究團隊，在以瑞士Swiss Light Source at the Paul Scherrer Institut的高能量X光研究Romundina stellina這種魚的齒盤（tooth plate）後發現，最原始的牙齒可能是由魚鱗演化產生的。

圖片來源：Science Daily

這塊齒盤被跟其他的化石放在一起超過40年，直到Martin Rücklin與Philip Donoghue重新發現了它並加以研究。 當然，這還需要更多的研究證據來證實。

參考文獻：

Martin Rücklin, Philip C. J. Donoghue. 2015. Romundina and the evolutionary origin of teeth. Biology Letters.

果汁不能用來解渴

天天一杯西瓜汁 55歲婦人血糖飆升腦中風 
東森新聞 – 2015年6月24日 下午2:00 

夏天來一杯西瓜汁清涼消暑，但桃園有一名55歲的婦人，原本就有高血壓和腦部微出血的病史，卻還每天都打一杯西瓜汁來喝，沒想到卻引發腦中風，對此醫師提醒，把果汁當成水喝，很容易造成血糖飆高，發生腦部血管栓塞的機率也會提高，好在這名婦人發現的早，經過治療之後，已經沒有大礙。 

老闆切下大片西瓜準備榨成西瓜汁，現榨果汁冰涼消暑，在桃園卻有一名55歲的婦人，因為酷熱難耐，每天都打一大杯西瓜汁解渴，卻因此引發腦中風。醫師江俊宜：「發生事情當天晚上12點，(婦人)喝完西瓜汁之後，突然發現左邊肢體無力，講話不清楚，來急診室之後，原本是要啟動血壓計的治療。」原來這名婦人本身就有高血壓，腦部也曾有過輕微出血，但平時因為以開計程車維生，無暇就醫，加上把果汁當成水喝，造成血糖飆高，血液濃稠度增加，導致腦部血管栓塞，好在經過急救之後，已經沒有大礙，但有人居然因為喝西瓜汁引發腦中風，這個說法也讓民眾聽了好驚訝。 

民眾：「可能是她的體質吧，應該是不一定耶，可是喝西瓜汁，這樣長期喝，應該也是不健康吧，因為糖份太多了。」營養師黃莉婷：「會建議說一天的話，就是建議吃兩份，那兩份的話，女生的話是用一個拳頭，女生拳頭一顆算一份，那如果男性的話，是拳頭的一半大算一份。」就有果汁業者，擔心客人覺得當季水果太甜，特別加入清冰，降低甜度，家醫科醫師也說，天氣炎熱，許多民眾都把果汁當水喝，以為這樣比較健康，但其實含高糖分的果汁反而有礙水分補充，看來夏天想喝果汁消暑，還是得適可而止，免得疾病找上門。 

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把果汁當水喝會產生幾個問題：

一、過量問題：如果吃新鮮水果，因為還會吃到纖維，所以不可能吃太多；但是喝果汁時，因為已經排除纖維，所以一不小心就會喝很多。外面賣的細長瓶子紅色蓋子的現榨果汁，一瓶就大概有6-8顆柳丁。
二、攝取過量糖：如果是購買外面的果汁，果汁吧很多為了嗜口性，打果汁的時候一定會加入糖。即使是自己打、不加糖，因為排除纖維，所以糖的密度也比光吃水果的時候多。

當然，新聞裡面的這位女士原本就有高血壓和輕度腦出血的病史，這會讓風險更加提高。

其實要解渴喝水最好！

貓咪的口味

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版主家裡有幾隻貓，一直覺得很奇怪的一件事是：A貓愛貓草球、B貓討厭化毛膏討厭到病態的地步、C貓可以接受香蕉...雖然人也有挑食的人，但貓的挑食程度似乎超乎貓奴的想像。

最近美國的研究團隊，針對貓的苦味接受器進行研究後發現：貓對苦味的感受似乎跟人不同。

人的苦味接受器「TAS2R38」的許多變異，導致使得某些人對青花菜（broccoli）敬謝不敏；有些人（如版主）則很愛。

雖然貓也有類似的苦味接受器，但與人類的相比之下，貓的苦味接受器對於蘆薈素（aloin）較不敏感，而對於苯甲地那銨（denatonium，一種添加於抗凍劑以防止孩童誤食的成分）則較敏感。除此之外，糖精（saccharin）對貓的苦味接受器完全沒有影響，因此貓不會像人一樣，在食用糖精後會留下苦的餘味。

蘆薈素。圖片來源：wiki

苯甲地那銨。圖片來源：wiki

糖精。圖片來源：wiki

既然貓咪對苦味的感受就已經跟我們如此的不同，也就難怪我們總是很難抓準到底貓喜歡吃什麼了。

參考文獻：

2015/6/2. Cat got your tongue? New research says 'no'. Science Daily.

脊椎動物也有甲殼素（chitin）

甲殼素又名幾丁質，是由β-N-乙醯葡萄糖胺（β-N-acetylglucosamine）所形成的聚合物。它構成真菌的細胞壁以及節肢動物（蝦、蟹、昆蟲等）的外骨骼（exoskeleton）。

幾丁質。圖片來源：wiki

糖的聚合物形成為兩個糖的氫氧基（-OH，hydroxyl group）發生縮合（condensation）反應脫水後形成。當β構形的糖形成1→4聚合物時，由於一號碳與四號碳的氫氧基在平面的不同側，造成聚合物形成後會翻轉成一正一反的狀態（如上圖）。而這樣一正一反的安排，使得β構形的糖形成的聚合物能夠產生許多分子內氫鍵（H-bond），成為直線狀的分子；而一條條分子之間又會形成分子間氫鍵。這麼多的氫鍵使水分無法進入（甲殼素不溶於水），也提升了聚合物本身的強度；節肢動物的甲殼之所以能如此堅硬，都是拜這β糖的鍵結所賜喔！類似的鍵結也發生在纖維素（cellulose），它是β-葡萄糖的聚合物。

由於在脊椎動物中找不到幾丁質合成酶（chitin synthase，簡寫為CHS）的存在，過去甲殼素一向被認為是專屬於真菌與節肢動物。最近華盛頓大學（University of Washington）的研究團隊在魚類與兩棲類的基因體中，找到與幾丁質合成酶相似度極高的基因，而且還在斑馬魚的腸以及魚鱗的表皮細胞中發現了甲殼素的存在。

研究團隊用BlastX進行搜尋，在斑馬魚（Danio rerio）的第13號與18號染色體中共找到了四個與幾丁質合成酶相似度頗高的基因；其中1個位於13號染色體，3個位於18號染色體。其中13號染色體上的幾丁質合成酶（命名為chs1）在胚胎的早期表現於腸子上。

由於基因有表現並不代表它真的會合成甲殼素，研究團隊進一步研發含有幾丁質結合蛋白（chitin binding domain，CBD）的螢光標記。螢光標記顯示，不只是在斑馬魚的腸子裡可以偵測到甲殼素，在斑馬魚的魚鱗上、以及在大西洋鮭魚（Atlantic salmon，Salmo salar）的魚鱗上都可以偵測到甲殼素的出現。不只於此，在爪蟾（Xenopus）與墨西哥鈍口螈（Ambystoma mexicanum）的前肢趾尖也偵測到甲殼素的出現。為了進一步證明甲殼素的存在，研究團隊甚至收集了60克的大西洋鮭魚魚鱗，並從中分離出1.5毫克的甲殼素。

當然，甲殼素出現在脊椎動物的不同部位是很有趣的發現；但是，這些甲殼素是否真的是研究團隊搜尋到的幾丁質合成酶所產生的呢？在研究團隊將斑馬魚第13號染色體上的幾丁質合成酶給剔除掉以後，腸子裡面就測不到甲殼素的出現了。

由於搜尋軟體的不斷改進，以及生物科技的進步，過去一向以為是真菌與無脊椎動物專屬的甲殼素，原來也存在於脊椎動物中；只是，它在脊椎動物裡似乎有不同的角色。在無脊椎動物以及真菌裡，甲殼素出現在外骨骼與細胞壁；而在脊椎動物中，甲殼素卻會出現在腸子（內臟）裡。究竟甲殼素在脊椎動物中擔任什麼樣的角色，有待未來持續的研究。

（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：

W.J. Tang et. al., 2015. Chitin is endogenously produced in vertebrates. Curr. Biol. 25: 1-4. http://dx.doi.org/10.1016/j.cub.2015.01.058

產氫菌Halanaerobium hydrogeninformans：未來新能源寵兒？

人類不能少了能源。除了用來開車以外，能源最大的用途是發電。有了電，很多機械都可以運作，生產我們需要的各式各樣的物品。

過去，隨著石油的存量漸漸減少，學界與業界開始找尋新的替代能源；而燃燒石化能源造成的溫室效應與空氣污染，更促使學界努力尋找新的「乾淨能源」。

在眾多的「乾淨能源」中，氫氣（hydrogen）是相當被看好的一種；原因無他，氫氣燃燒後只會產生水，不會產生溫室氣體。只是，要如何大量的產生氫氣呢？

過去有研究團隊曾發明照光就可以分解水的晶片（1），但是使用如陽光這類的能源有一個問題，就是沒有光時就沒有產出；而陽光來不來，完全要看老天爺的高興。如果要建立一個使用太陽能產生氫氣的工廠，如果該地區每年光照的時間不夠長，其實是不符成本的。譬如很多朋友在夏天來東部的時候，都會覺得東部的太陽好大，怎麼沒看到太陽能電廠呢？經筆者請教一些專家才知道，東部雖然夏天太陽大，但冬天是雨季；而且即使在夏天，下午兩點後陽光就被山脈擋住了，所以並不適合建太陽能發電廠，了不起自己家裝一台太陽能熱水器，洗澡燒熱水不要錢罷了。

最好的方法莫過於請微生物幫忙做工。從古代人們就懂得用酵母菌發酵製作麵包、用不同的微生物發酵製作各式各樣的古怪食物（有興趣可以參考TLC頻道的「古怪食物」）。到了現代，我們用微生物幫我們製造更多東西，包括DNA。

用微生物分解纖維素製作纖維酒精，在過去這些年一直都是很熱門的研究領域。但是植物的落葉、殘枝、斷木中所含的不只有單純的纖維素，還有木質素（lignin）。微生物無法分解木質素，因此我們必需先將木質素與纖維素分開。

目前最常用的是使用高壓蒸汽進行汽爆（steam explosion）來將木質素與纖維素分開；但這個方法需要使用大量的能源產生蒸汽，所以也不是那麼環保。相對較環保的是以鹼來處理，但是產物不但是鹼性的，鹽類濃度也相當高。這樣的產物，若不經過處理，一般的微生物是無法消受的--除非是嗜極生物（extremophile）。

在2012年，密蘇里大學（University of Missouri）的研究團隊，在華盛頓州的肥皂湖（Soap Lake）分離出了一隻產氫菌：Halanaerobium hydrogeninformans。這隻菌可以在百分之7.5的氯化鈉，以及pH11的鹼性環境下生活，分解葡萄糖、纖維二糖（β-葡萄糖的雙糖）、木糖、阿拉伯糖、甘露糖與半乳糖，產生醋酸、甲酸與氫氣（2）。

Halanaerobium hydrogeninformans 的電子顯微鏡圖.
圖片來源：Frontiers in microbiology

由於它耐鹽、耐鹼，這意味著以鹼處理過的植物落葉、殘枝與斷木，不需要再進行處理就可以直接給它使用。為什麼這隻菌會這麼厲害呢？

原來，它的「誕生地」--肥皂湖，本身就位在一個富含礦物質的的區域。由於湖中的礦物質很多（含有鈉、重碳酸根、硫酸根、碳酸根、氯化物、鉀、氟化物、硝酸根、鈣、鎂等，3）

肥皂湖。圖片來源：wiki

這個湖因為它的礦物質，造成湖水不但摸起來滑滑的，也很容易產生泡沫（如上圖），所以被稱為肥皂湖。故老相傳，它的湖水有療癒的能力，因此傳說中，附近居住的印地安人相約，到了肥皂湖不可以打鬥，只能好好的進行療程。

由於這個湖的酸鹼度與木星的衛星相似，因此美國的國家科學委員會（National Science Foundation）曾在2002年撥出經費給大學，想要經由研究肥皂湖，了解其他星球是否有生命的可能性。看情形，這個研究並沒有開花結果；倒是密蘇里的研究團隊在這個湖裡找到許許多多的寶呢！

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參考文獻：

1.Steven Y. Reece, Jonathan A. Hamel , Kimberly Sung, Thomas D. Jarvi, Arthur J. Esswein, Joep J. H. Pijpers, Daniel G. Nocera. 2011. Wireless Solar Water Splitting Using Silicon-Based Semiconductors and Earth-Abundant Catalysts. Science DOI: 10.1126/science.1209816

2.Matthew B. Begemann, Melanie R. Mormile, Oliver C. Sitton, Judy D. Wall and Dwayne A. Elias. 2012. A streamlined strategy for biohydrogen production with Halanaerobium hydrogeniformans, an alkaliphilic bacterium. Frontiers in Microbiology. doi: 10.3389/fmicb.2012.00093

3. Soap Lake. Wikipedia.