2021年5月8日 星期六

沒有頭的生物還看得到光!

 

扁蟲躲避UVA。圖片來源:Nishan Shettigar

有些單細胞生物本來就有光受器(photoreceptor)或眼斑,所以它們可以看到光。但是對於有頭的生物,它們應該是透過眼睛或類似眼睛的構造來看到光。那麼,如果我們移走它們的眼睛(或乾脆移走整個頭),它們還能不能看到光呢?

最近的研究發現,把扁蟲(Schmidtea mediterranea)的頭部去掉以後,它還是會躲避UVA(長波紫外光)。由於這種扁蟲是夜行性生物,所以躲避UVA應該對生存很重要。

既然沒有頭也沒有眼睛,那這些扁蟲到底用什麼看到光呢?研究團隊發現,扁蟲的全身都有對光敏感的細胞(light-sensitive cells)。這些對光敏感的細胞中有對光敏感的蛋白質,而這個蛋白質不只在對光敏感的細胞中有,在色素細胞中也有。

但是有意思的是,剛孵出來的扁蟲並沒有躲避光線的能力,顯示這個能力是後來才發展出來的。

參考文獻:

Discovery of a body-wide photosensory array that matures in an adult-like animal and mediates eye–brain-independent movement and arousal Nishan Shettigar, Anirudh Chakravarthy, Suchitta Umashankar, Vairavan Lakshmanan, Dasaradhi Palakodeti, Akash Gulyani Proceedings of the National Academy of Sciences May 2021, 118 (20) e2021426118; DOI: 10.1073/pnas.2021426118

2021年4月16日 星期五

生殖的代價

 

圖片來源:維基百科

當媽媽容易嗎?常常聽過一句話「一孕傻三年」,最近對印度跳蟻(Harpegnathos saltator)的研究發現:要得到生殖能力,要犧牲的還真不少!

當印度跳蟻的蟻后死亡後,工蟻們就會開始打鬥來爭奪后位。這個打鬥可以延續好一段時間(長達數週),最後獲勝者(稱為gamergates)就會重獲生殖能力。

但是在重獲生殖能力的同時,獲勝者的大腦也會縮小20%。這個大腦縮小的變化,如果抑制她的生殖能力的話,她的大腦又會慢慢變回原來的大小。

對人來說,孕期會出現如自由回憶( free recall )、工作記憶( working memory )、與管控執行( executive function )與空間導航( spatial navigation )能力的些微衰退,但是認知功能( recognition function )卻出現小幅的增強。而這些衰退在產後會慢慢恢復。

也就是說,生殖真的是很消耗能量的事,還會影響我們的大腦呢!

參考文獻:

 Reversible plasticity in brain size, behaviour and physiology characterizes caste transitions in a socially flexible ant (Harpegnathos saltator)

2021年4月15日 星期四

洗衣膠囊(detergent pod)真的會完全溶解嗎?

 

圖片來源:維基百科

用過洗衣膠囊(detergent pod)嗎?根據維基百科的資料,洗衣膠囊在2012上市,是以聚乙烯醇(PVA,polyvinylalcohol)為外殼包著洗衣精,在洗衣服的時候丟一顆進去,接觸到水的時候外殼溶解,釋出裡面的洗衣精。

筆者過去從未使用過洗衣膠囊,但是最近因為網購,被贈送了一盒洗衣膠囊,試用了一下覺得還不錯。尤其對於困擾於「到底一桶衣服要用多少洗衣精」的消費者來說,洗衣膠囊應該是一種很方便的東西。

但是,外面的聚乙烯醇外殼是否真的會完全溶解嗎?根據筆者的觀察,至少不會有肉眼可見的殘留,但這並不代表什麼。最近在美國化學學會(ACS)的春季會議中,研究團隊發現,洗衣膠囊的PVA有4%直接被排放到水裡,另外有65%則在廢水處理時,透過淤泥沉澱被分離出來,最後落到掩埋場中、或用於農業土地、或者被焚化。

根據研究團隊的估計,在美國每年大約有七千噸的PVA並沒有被處理,就直接跑到水體中了。

之前曾聽過「洗衣球」,上網搜尋了一下,感覺洗衣球與洗衣膠囊是不一樣的東西;洗衣球的外殼似乎是不會溶解,所以會產生不少垃圾,因此曾被評為不環保。但現在看起來洗衣膠囊似乎也不太環保呢!可能還是認命地自己量洗衣精吧!

參考文獻:

Detergent pod polymers may be polluting the environment. C&EN.

2021年4月5日 星期一

紅髮者為何比較不怕痛?

 

圖片來源:維基百科

過去的研究發現,紅髮的人與紅色毛髮的老鼠對痛的耐受度比較高,同時對鴉片類麻醉劑的耐受度也較高;但並不清楚到底為什麼。

最近美國的研究以紅色毛髮的老鼠為研究模型所進行的研究發現,紅毛鼠與紅髮者的毛髮之所以是紅的,是因為一個稱為MC1R(melanocortin 1 receptor)的受器突變。

這個受器在黑色素細胞(melanocyte)表面。當它被促黑激素(melanocortins)活化時,黑色素細胞會開始產生黑色素。在紅髮者體內,因為這個受器無法被促黑激素活化,所以黑色素細胞只會產生紅色或黃色的色素;這也讓紅髮者比較不容易曬黑。

研究團隊研究紅色毛髮的老鼠發現,紅色毛髮的老鼠因為缺少這個受器,使牠們產生的「前腦啡黑細胞促素皮促素」(POMC,proopiomelanocortin)也比較少。POMC接著會被用來產生幾個不同的賀爾蒙,有些會使痛的敏感度上升,有些會使痛的耐受度上升。

雖然兩者會互相抵銷,但身體還會產生其他的賀爾蒙來提高對痛的耐受度,所以整體造成的效應就是紅髮者對痛的耐受度上升了。

參考文獻:

Kathleen C. Robinson, Lajos V. Kemény, Gillian L. Fell, Andrea L. Hermann, Jennifer Allouche, Weihua Ding, Ajay Yekkirala, Jennifer J. Hsiao, Mack Y. Su, Nicholas Theodosakis, Gabor Kozak, Yuichi Takeuchi, Shiqian Shen, Antal Berenyi, Jianren Mao, Clifford J. Woolf, David E. Fisher. Reduced MC4R signaling alters nociceptive thresholds associated with red hair. Science Advances, 2021; 7 (14): eabd1310 DOI: 10.1126/sciadv.abd1310

2021年4月2日 星期五

到底需要幾個基因來構成生物體?

 

圖片來源:Craig Venter Institute

2016年的研究中,J. Craig Venter Institute 的科學家們,建構了一個只有473個基因的生物體,可以存活下來。當時可說是「轟動武林,驚動萬教」的發現。

但是,這個被命名為JCVI-syn3.0的合成生物體還是存在著一些問題!最大的問題是,它在進行細胞分裂時,常常沒有辦法分裂成兩個一樣大的子細胞。這就代表,這個合成生物體還不是等同於自然界的生物。

所以,到底少了什麼呢?研究團隊把這個合成生物體跟它的祖先版本-含有901個基因的「JCVI-syn1.0」進行比較。畢竟,1.0版的細胞大小都差不多,也可以進行正常的細胞分裂,不會經常產生一大一小的兩個細胞。

於是研究團隊仔細檢查了從1.0到3.0中間的許多個不同的版本,發現其中一段DNA-稱為第六段(segment 6)-被去掉以後,細胞就開始出現不對稱分裂、並產生各種不同形狀的細胞了。這段DNA共含有76個基因,包括了ftsZ基因組。當研究團隊把這個基因組放回去3.0版本後,產生的新版本細胞(稱為3A)就可以產生大小一致的細胞了。

但是這個基因組總共含有19個基因。研究團隊認為,應該還可以再試著精簡一下這個新版本!首先,他們先把重複的基因組(3個基因)去掉,然後再把剩下的16個基因依照基因組(總共可分為8個基因組)一一轉入3.0版,轉入後再嘗試著將個別的基因剔除,看看到底還能從這16個基因裡面拿掉幾個基因。

結果發現,這16個基因中,有7個是不可以剔除的。一旦剔除了,細胞又沒辦法正常分裂了。這七個基因包括了ftsZsepF與一個未知功能的水解酶(hydrolase),另外還有四個未知功能的膜蛋白。也就是說,與3.0版本相比,只需要再加入7個基因,細胞就可以正常分裂了。

但是,這7個基因裡面的5個,到目前科學家們還是不知道它們的功能喔!所以,雖然隨著科技的進步,許多生物體(包括人類)的基因體都已經定序出來了,但還是有許多未知的領域等著大家去開拓!

參考文獻:

Cell, DOI: 10.1016/j.cell.2021.03.008

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