2023年12月31日 星期日

腸道的病毒組成與氣喘(asthma)

 

正常的氣管(左)與氣喘的氣管(右)。圖片來源:維基百科

氣喘(asthma)是一種發作起來讓人緊張的病,特徵是氣道的慢性炎症,導致氣道變得對各種刺激過度敏感。它影響所有年齡的人,但通常在兒童時期開始。氣喘的主要症狀包括:

1. 呼吸困難:受影響的人可能會發現在某些情況下呼吸困難,特別是在劇烈運動、接觸過敏原或在夜間。

2. 咳嗽:持續性或間歇性的咳嗽,尤其是在夜間或早晨更加明顯。

3. 胸悶或胸痛:氣道炎症和痙攣可能導致胸部緊繃感或疼痛。

4. 喘鳴:呼吸時會發出哨音般的聲音,尤其是在呼氣時更明顯。

氣喘的發作可以由多種因素觸發,包括:

- 過敏原:如塵螨、花粉、寵物皮屑、霉菌等。

- 呼吸道感染:如感冒。

- 環境因素:如煙霧、污染、冷空氣。

- 體力活動:特別是在冷空氣中進行的劇烈運動。

- 情緒因素:如壓力或強烈情緒波動。

氣喘的治療通常包括避免已知的觸發因素和使用藥物。藥物治療主要分為兩類:

1. 控制藥物:長期使用以減少氣道炎症和過敏反應。

2. 急救藥物:用於迅速緩解急性症狀和呼吸困難。

儘管氣喘不能完全治愈,但通過適當的管理和治療,大多數患者可以控制症狀,過上正常生活。重要的是,氣喘患者應與醫生合作,制定個性化的管理計劃,以減少發作的頻率和嚴重性。

近年來對微生物群(包括細菌、病毒等)與人類健康之間的關係有了更深入的認識。尤其是近年來的研究顯示,腸道微生物群(包括細菌、病毒等)對人類健康有重要影響。特別是腸道細菌已被廣泛研究,而對腸道病毒群的研究相對較少。而許多研究都發現,病毒可以影響宿主(如人類)的免疫反應和疾病易感性。了解腸道病毒組成與健康狀態之間的關係,可以揭示病毒在疾病發展中的作用,特別是在如哮喘這樣的免疫相關疾病中。再者,腸道病毒,尤其是噬菌體,可能在調節腸道細菌群落結構和功能中扮演關鍵角色,從而間接影響宿主的免疫系統。因此,研究團隊認為,透過了解特定病毒與特定疾病(如氣喘)之間的聯繫,可能有助於開發新的預防和治療策略,尤其是在免疫調節和微生物群平衡方面。

因此,研究腸道病毒的豐度,尤其是在兒童早期,可以提供關於氣喘等慢性疾病發病機制的重要見解,並可能促進新治療方法的開發。

研究團隊從兒童腸道採集樣本,並從這些樣本中提取病毒組(viromes)進行分析,共包括了700名參與哥本哈根兒童哮喘前瞻性研究(COPSAC2010)的兒童。

這些兒童在1歲時的糞便樣本被收集,其中647名兒童的樣本成功地萃取了病毒組。樣本的採集在研究診所進行或由家長在家中根據詳細的指示進行。

為了定義這些兒童在5歲時是否被診斷為氣喘,其診斷包括了需要間歇性使用吸入式β2-激動劑,對吸入性皮質類固醇的3個月療程有反應,以及治療結束後病情的復發等標準。

研究團隊發現:

- 對於尾病毒,患有氣喘的兒童的相對豐度中位數為48.1%,而沒有氣喘的兒童則為29.0%。這顯示,在患有氣喘的兒童中,尾病毒的比例較高。

- 對於微病毒,情況剛好相反,患有氣喘的兒童的相對豐度中位數為49.8%,而沒有氣喘的兒童則更高,為70.1%。

這些發現顯示,與氣喘相關的不是病毒多樣性本身,而是特定類型的病毒在腸道中的相對豐度。這些病毒的豐度變化可能與哮喘的發展有關。

研究團隊發現,氣喘相關的病毒組和細菌組的特徵結合在一起,對氣喘風險有加成效應,這意味著病毒組與氣喘之間存在獨立的關聯。此外,與病毒組相關的氣喘風險還受宿主TLR9 rs187084基因變異的調節,這表明噬菌體和宿主免疫系統之間存在直接互動。

參考文獻:

Leal Rodríguez, C., Shah, S.A., Rasmussen, M.A. et al. The infant gut virome is associated with preschool asthma risk independently of bacteria. Nat Med (2023). https://doi.org/10.1038/s41591-023-02685-x

2023年12月30日 星期六

非洲大蟻(Megaponera analis)會照顧受傷的同伴

 

帶著白蟻獵物的非洲大蟻。圖片來源:維基百科

非洲大蟻(Megaponera analis),也被稱為非洲攻擊蟻或大脛蟻,是一種在非洲撒哈拉以南地區廣泛分佈的大型蟻類。非洲大蟻是相對較大的蟻類,工蟻的體長可達到1.2至1.6厘米。它們通常具有黑色或深棕色的身體,擁有堅硬的外骨骼。牠們擁有典型的社會結構,包括女王蟻、雄蟻和工蟻。女王蟻負責產卵,而工蟻則負責尋找食物、照顧幼蟻和保衛巢穴。它們通常在地面或樹木的根部附近築巢,偏好潮濕的土壤環境。非洲大蟻的巢穴複雜且深入地面。

非洲大蟻以其協同狩獵行為而聞名,主要捕食白蟻。工蟻會組成大型的狩獵隊伍,協同攻擊白蟻巢穴,並將捕獲的白蟻帶回自己的巢穴中餵食幼蟻。作為捕食者,非洲大蟻在其生態系統中發揮著重要作用,幫助控制白蟻等害蟲的數量。它們的社會結構和協同行為展示了昆蟲社會中的高度組織和適應性。

總而言之,非洲大蟻是一種引人注目的社會昆蟲,其獨特的狩獵策略和先進的社會行為使它們在生物學和行為生態學中成為了一個有趣的研究對象。

最近的研究發現非洲大蟻如何識別和治療同伴的感染創傷。研究團隊發現,當這種蟻類的工蟻受到傷害時,牠們能夠判斷傷口是否受到感染,並相應地進行治療。工蟻會利用由後胸腺(metapleural gland)分泌的抗微生物化合物和蛋白質來治療感染的傷口,從而將感染個體的死亡率降低了90%。

研究團隊發現,革蘭氏陰性細菌假單胞菌(Pseudomonas aeruginosa)會對受傷的非洲大蟻工蟻造成致命感染。研究團隊觀察到,感染的傷口比未受感染的傷口更常被治療,且這與受感染個體的角質層烴(cuticular hydrocarbons, CHCs)輪廓的變化相關。研究描述了如何使用後胸腺來治療感染的傷口,並量化了其含量,確認了112種化學化合物和41種蛋白質在腺體分泌物中,其中一半具有抗微生物或促進傷口癒合的特性。其中有五種是具有已知抗微生物活性的同源蛋白質(例如溶菌酶、血細胞2、MRJP1類蛋白)。

非洲大蟻使用後胸腺(metapleural gland, MG)來治療感染的傷口的過程是一個複雜且高度專門化的行為。以下是詳細的步驟和機制:

非洲大蟻能夠識別受傷且感染的工蟻。這種識別似乎是通過感染傷口引起的角質層烴(cuticular hydrocarbons, CHCs)輪廓的變化來實現的。這些化合物在螞蟻的外骨骼表面形成一層保護膜,並可作為溝通的化學信號。

當工蟻發現受傷且感染的同伴時,它們會使用位於胸部背面的後胸腺分泌物來處理傷口。這些分泌物具有抗微生物特性,對於預防和治療傷口感染非常有效。

工蟻首先會用口器清潔傷口(即用嘴部“舔”傷口)。隨後,護理蟻會從自己的後胸腺收集分泌物,或者直接從受傷蟻的後胸腺開口處舔取分泌物,然後將這些分泌物塗抹在受傷的同伴上。當使用後胸腺分泌物進行傷口護理時,這一過程通常會持續更長的時間。

工蟻能夠區分感染和未感染的傷口,並更頻繁地為感染傷口提供護理。尤其是在感染後的10至12小時內,對感染傷口的後胸腺分泌物治療特別頻繁。

當阻止工蟻使用後胸腺分泌物時(例如通過封閉腺體開口),感染蟻全部死亡。這證明了後胸腺分泌物在治療感染傷口中的重要作用。相反,當允許工蟻使用這些分泌物時,感染蟻的存活率明顯提高(67%)。研究團隊還指出,工蟻能夠通過社會互動有效地治療暴露於土壤病原體的創傷。實驗結果顯示,與被隔離的感染蟻相比,與同伴一起的感染蟻在36小時內的死亡率明顯較低。

所以,非洲大蟻的治療行為是一種複雜的社會化互助行為,展示了這些昆蟲在識別和響應感染傷口方面的高度專業化和適應性。

此外,研究團隊也探討了CHC輪廓作為感染線索的角色。受傷後,感染和未感染蟻的CHC輪廓發生了變化,最終在感染蟻和未感染蟻之間出現顯著差異。

研究對後胸腺分泌物進行了抗菌內容和效力的量化分析,發現當在培養液中加入後胸腺分泌物時,假單胞菌的生長減少了超過25%。這些分泌物含有多種化合物,其中包括具有抗生素和/或殺真菌特性的化合物。

總而言之,這項研究顯示了非洲大蟻社會中一種有效的行為適應,用於識別和治療開放性傷口的潰爛性感染。這種對感染的預防和治療使用抗微生物分泌物的行為,與用於治療人類「臟傷」的現代醫療程序相似。此外,非洲大蟻傷口中的主要病原體假單胞菌也是人類戰傷感染的主要原因。這項研究可能會促進開發新的醫療化合物,用於治療人類社會中的感染。

參考文獻:

Frank, E.T., Kesner, L., Liberti, J. et al. Targeted treatment of injured nestmates with antimicrobial compounds in an ant society. Nat Commun 14, 8446 (2023). https://doi.org/10.1038/s41467-023-43885-w

2023年12月29日 星期五

尋找帕金森氏症(PD)的遺傳風險基因

圖片來源:維基百科

 

帕金森氏症(Parkinson's disease, PD)是一種以大腦中路易體包含體和中腦多巴胺能神經元死亡為特徵的神經退化性疾病,主要影響中樞神經系統。它以四個主要症狀聞名:

1. 顫抖(震顫):在休息時出現的手部、腳部或下巴的顫抖是PD的一個典型早期徵兆。
2. 僵硬(肌肉僵硬):受影響的肌肉可能會變得僵硬和難以移動。這種僵硬會限制運動範圍並造成疼痛。
3. 動作變慢(遲緩):動作速度變慢是PD的另一主要特徵,可能導致行走困難和日常任務的執行變得更加耗時。
4. 姿勢不穩定:PD患者可能會經歷平衡問題,增加了跌倒的風險。

除了這些主要症狀外,帕金森氏症還可能伴隨著其他症狀,如認知和情緒問題、睡眠困難、語言和吞嚥困難等。

帕金森氏症的確切原因目前尚不完全清楚,但認為與遺傳和環境因素有關。研究顯示,該病與大腦中某些神經細胞(特別是產生神經遞質多巴胺的神經細胞)的損傷和死亡有關。多巴胺是一種重要的化學物質,有助於控制運動和協調。

通常帕金森氏症被認為是一種多因素疾病,其發生與遺傳和環境因素的相互作用有關。大多數PD病例是偶發的,意味著它們發生在沒有家族病史的個體中。然而,在少數病例中,PD確實呈現出明顯的遺傳傾向。

某些遺傳變異會增加個體患PD的風險,但這些遺傳變異並不意味著PD一定會發生。目前已識別出多個與PD風險相關的基因位點,這些發現有助於理解PD的生物學機制。

約5%到10%的PD病例具有家族聚集性,這些情況中PD通常與特定的遺傳突變有關。例如,LRRK2、PARK2(parkin)、PINK1、SNCA(α-synuclein)和DJ-1基因的突變與家族性PD有關。

對於那些家族中有多個成員患有PD的個體,遺傳諮詢可能有助於評估個人患病的風險。然而,即使在有家族史的情況下,PD的遺傳風險通常也是多因素的,並不僅僅依賴於單一的遺傳因素。

除了遺傳因素外,環境因素也被認為在PD的發病中扮演重要角色。例如,曝露於某些化學物質和生活方式因素可能會影響PD的風險。

總之,雖然遺傳因素在帕金森氏症的發病中起著一定的作用,但大多數病例被認為是由遺傳和環境因素的交互作用所致。對於具有家族病史的個體來說,遺傳諮詢可能有助於更好地了解其風險。

為了深入瞭解帕金森氏症的遺傳因素,最近的研究進行了大規模的多祖源基因組關聯研究(GWAS)元分析。過去的研究大多限於單一人群,而本研究包含了歐洲、東亞、拉丁美洲和非洲祖源的49049例PD病例、18785例替代病例和2458063名對照組個體。研究識別了78個獨立的全基因組顯著位點,包括12個潛在的新位點(MTF2、PIK3CA、ADD1、SYBU、IRS2、USP8、PIGL、FASN、MYLK2、USP25、EP300和PPP6R2),並在6個已知PD位點進行了精確定位,識別出6個可信的單一突變體。

進一步的精確定位分析確定了23個位點中小於5個突變體的95%可信集合。在這些位點中,利用多祖源或跨人群薈萃分析(MR-MEGA)發現了6個位點中的單一假定因果突變體,具有超過95%的機率。這些位點包括TMEM163、TMEM175、SNCA、CAMK2D、HIP1R和LSM7。特別是,HIP1R突變體rs10847864位於黑質組織和脊髓及大腦星形膠質細胞的轉錄起始位點。

HIP1R突變體rs10847864之所以特別,是因為它位於大腦中與帕金森氏症(PD)相關的關鍵區域——黑質(substantia nigra)的一個活躍的轉錄起始位點上。這意味著,rs10847864變異可能影響黑質組織中的基因表現,進而影響與PD相關的生物過程。此外,這一突變體也存在於脊髓和大腦星形膠質細胞中的活躍轉錄區域。由於星形膠質細胞在大腦功能和神經退行性疾病中扮演重要角色,這增加了該變異體對PD病理學的潛在重要性。

研究還運用功能性映射和標註(FUMA)軟體進行分析,發現多個與PD病理相關的途徑,包括與粒線體、囊泡和tau蛋白相關的途徑。此外,利用基因組組織表達量定位(eQTL)數據和基於總結的孟德爾隨機化(SMR)分析,研究團隊發現了25個與PD風險相關的新位點附近假設基因,包括PPP6R2和CENPV,這些基因的表現變化與PD風險相關。

總之,這項大規模的帕金森氏症GWAS元分析,整合了多種不同祖源的人群。研究確定了66個已知的獨立PD風險位點以及12個潛在的新風險位點,並顯示了與PD風險相關的組織和細胞類型。

參考文獻:

Kim, J.J., Vitale, D., Otani, D.V. et al. Multi-ancestry genome-wide association meta-analysis of Parkinson’s disease. Nat Genet (2023). https://doi.org/10.1038/s41588-023-01584-8

2023年12月28日 星期四

細胞修復與組織重塑需要維生素B12

人的iPSCs。圖片來源:維基百科

 

大家應該都聽過誘導多能幹細胞(iPSCs)。日本科學家山中伸彌(Shinya Yamanaka)及其團隊在2006年首次報告了這項技術,他們證明了透過在成體細胞中引入四個特定的基因(即OCT4、SOX2、KLF4和MYC這四個轉錄因子,簡稱為OSKM)可以讓細胞返回到類似於胚胎幹細胞的狀態,稱為誘導多能幹細胞(iPSCs)。這個技術也稱為OSKM重塑。

這項發現是細胞生物學和再生醫學領域的一個重大突破,因為它顯示成體細胞的命運並非不可逆,並且可以透過改變特定的基因表達來「返老還童」。由於這個發現,山中伸彌於2012年與英國生物學家約翰·B·格登(John B. Gurdon)共同獲得了諾貝爾生理學或醫學獎,表彰他們的開創性貢獻。

最近發表在《自然代謝》(Nature Metabolism)上的研究發現,小鼠的OSKM重塑過程會導致維生素B12水平的下降和甲硫胺酸饑餓。維生素B12的補充不僅能提高小鼠和培養細胞中重塑的效率,還能加速潰瘍性結腸炎模型中的組織修復。研究團隊發現,維生素B12在單碳代謝和表觀遺傳動態中的關鍵作用,可以提高體內重塑和組織修復的效率。

研究團隊使用了一種特殊的小鼠模型,透過四環素(doxycycline)誘導的方式來表達OCT4、SOX2、KLF4和MYC(OSKM)這四個轉錄因子。這種方法讓研究團隊在小鼠體內特定時期和特定組織中啟動OSKM基因的表達,從而誘導細胞的重塑。

研究團隊觀察到腸道菌群對於體內重塑也很重要,因為腸道菌群的破壞會導致重塑的顯著減少。

研究團隊發現,在OSKM重塑過程中,微生物發生了顯著的變化,特別是與維生素B12(又稱為鈷胺素)的生物合成和代謝相關的基因模塊。當研究團隊以7天多西環素處理後,微生物多樣性減少,其中重塑小鼠的多樣性損失最為顯著。

重塑小鼠在重塑過程中出現某些菌群的相對增加的情形,如ChlamydiaBacteroidesAlistipes spp.,以及Muribaculaceae spp.的相對減少。Muribaculaceae在炎症性腸道損傷中被報導有收縮現象,這與體內重塑過程中的炎症和失去分化細胞身份的特徵相似。

另外,在對微生物基因組進行分析時,發現與維生素B12生物合成和代謝相關的微生物基因本體群組(GO群組)在重塑期間出現顯著改變。

這些變化反映出,體內重塑過程不僅影響宿主細胞,也影響了與宿主有密切代謝和免疫互動的腸道微生物群落。特別是,這些變化指出了鈷胺素(維生素B12)在體內重塑過程中的代謝重要性,並為了解維生素B12與細胞重塑之間的相互作用提供了新的知識。

參考文獻:

Kovatcheva, M., Melendez, E., Chondronasiou, D. et al. Vitamin B12 is a limiting factor for induced cellular plasticity and tissue repair. Nat Metab 5, 1911–1930 (2023). https://doi.org/10.1038/s42255-023-00916-6

2023年12月25日 星期一

味道的秘密:脊椎動物中新發現的味覺受體

 

圖片作者:ChatGPT

我們為什麼會感覺到酸、甜、苦、鹹、鮮、油,是因為我們的舌頭上有味覺接受器。分辨食物的味道對我們來說很重要,因為它除了可以讓我們遍嚐美味,還能幫助我們避開已經腐敗的食物,避免中毒;也可以讓我們攝取營養豐富的食物,讓我們獲取足夠的養分。

在哺乳動物中,已知的三種T1R接受器(T1R1、T1R2和T1R3)負責鮮味和甜味的感知。例如,T1R1/T1R3異源二聚體在哺乳動物中作為鮮味接受器,能夠識別l-胺基酸和5'核苷酸。而T1R2/T1R3異源二聚體則作為甜味感應器。

最近的研究探討了脊椎動物中味覺感知的多樣性。研究團隊在不同類型的脊椎動物中,發現了五種之前未描述的TAS1R家族成員:TAS1R4、TAS1R5、TAS1R6、TAS1R7和TAS1R8。這些新發現的T1R接受器被證實可以在味蕾細胞中形成異源二聚體,並識別包括支鏈胺基酸在內的廣泛配體,這些配體以前未被認為是T1R配體。

研究團隊還顯示了TAS1R家族在脊椎動物中的「誕生-死亡」演化。大約615至473百萬年前,最初的TAS1R基因在有頜脊椎動物的祖先中出現,並經歷了多次基因重複,產生至少五個TAS1R基因。在軟骨魚類和硬骨魚類的物種分化過程中,這些基因進一步發展和分化。例如,TAS1R6在軟骨魚中獨有,而在硬骨魚中則發展出TAS1R1、TAS1R2A、TAS1R2B和TAS1R5。研究顯示,硬骨魚的共同祖先擁有九種TAS1R基因。

研究團隊在墨西哥蠑螈中識別了新的TAS1R家族成員,包括TAS1R4和TAS1R7。腔棘魚(coelacanth)中則確認了TAS1R4和TAS1R5的存在,顯示了腔棘魚可能具有與其他脊椎動物不同的味覺機制。肺魚中確認了包括TAS1R4、TAS1R5和TAS1R8在內的TAS1R成員,顯示了肺魚可能具有與其他脊椎動物不同的味覺機制。

研究團隊使用雙鰭魚(bichir)進行的功能分析顯示,這些魚類擁有兩種新發現的T1R群組(T1R4和T1R8),以及四種已知的T1R群組(T1R1、T1R2A、T1R2B和T1R3B)。

特別的地方是,T1R8/T1R4異源二聚體對苯丙氨酸和支鏈胺基酸(如異白胺酸、纈胺酸和白胺酸)有強烈的反應,而T1R1/T1R3B和T1R2B/T1R3B則對基本胺基酸(如精胺酸和組胺酸)有強烈的反應。這表明雙鰭魚的T1R接受器可能透過感知支鏈胺基酸來感測食物中的必需胺基酸。

這些發現意味著,這些新發現的T1R接受器可能使魚類能夠更有效地探測食物中的關鍵營養物質,從而對其食物選擇和生存策略產生重要影響。這種能力可能對魚類適應不同的生態棲息地至關重要。

此外,研究團隊認為TAS1R基因的擴張可能是通過原始基因組中的串聯重複(tandem duplication)發生的,後來這些基因可能轉移到不同的染色體區域。這一假設得到了在各種脊椎動物中TAS1R基因群的相鄰基因分析所支持。

最後,研究中還發現TAS1R4在不同脊椎動物種群中保留有可能的Oct結合位點,這顯示可能存在一種在物種間保守的轉錄調控機制。Oct結合位點是指一種特定的DNA序列,這個序列能夠與Oct家族的轉錄因子結合。具有Oct結合位點表示不同脊椎動物種群中的TAS1R4可能受到Oct家族的轉錄因子調控。

參考文獻:

Nishihara, H., Toda, Y., Kuramoto, T. et al. A vertebrate-wide catalogue of T1R receptors reveals diversity in taste perception. Nat Ecol Evol (2023). https://doi.org/10.1038/s41559-023-02258-8

是否有所謂的「查核效應」?

 

圖片作者:ChatGPT

假信息(misinformation)滿天飛,許多書籍都教導我們,遇到不確定的信息時,要查核。如何查核?通常都會建議大家上網搜尋。

上網搜尋無非就是用搜尋引擎(search engine)。無論是google、bing、百度,打開首頁,輸入關鍵字,按下enter,搜尋就開始了。

只是,有人關心過搜尋是否也會產生什麼影響嗎?

最近發表在《自然》(Nature)期刊上的研究,提醒了我們,搜尋引擎也會對閱聽人產生許多影響。由於許多書籍與論文都強調使用搜尋引擎進行查核,搜尋引擎在協助公眾篩選和驗證線上內容方面,已經成為21世紀的門戶守衛。隨著網路上信息量的增加和傳統資訊門戶作用的減弱,越來越多人依賴搜尋引擎來驗證新聞的真實性。

研究團隊主要探討線上搜尋對於假新聞信任度的影響。透過五項實驗,研究團隊發現,當人們使用線上搜尋來評估新聞的真實性時,尤其是假新聞,這實際上會增加他們相信這些新聞的可能性。這一效應主要集中在那些搜尋引擎返回低品質資訊的人身上。此外,搜尋線上資訊同樣會增加人們對真實新聞的信任度,尤其是來自低品質來源的真實新聞,但對主流來源的真實新聞則沒有一致的證據顯示會增加信任度。

在第一項研究中,研究團隊透過隨機控制試驗,招募了3006名美國受訪者,他們被要求評估三篇新聞文章的真實性,這些文章來自主流和低質量來源。結果顯示,被鼓勵進行線上搜尋的參與者比未進行搜尋的參與者更有可能將假新聞評為真實。

此外,研究還探討了「資料空白」理論,這是指當個體對於新近發布的假新聞進行線上搜尋時,搜尋引擎可能返回的是低品質而非可信的信息。這些資料空白可能因為低品質發布者使用特定的搜尋引擎最佳化技巧或者鼓勵讀者使用特定查詢詞而產生。這些策略可能導致用戶在搜尋引擎上接觸到單一而不可靠的觀點。

研究團隊還使用了數位追踪資料來衡量搜尋對假新聞信任度的影響。結果發現,相較於控制組,處理組中接觸到至少10%不可靠新聞網站的參與者更可能相信假新聞,而那些只接觸到高質量新聞網站的參與者則沒有這種傾向。

此外,研究團隊還考察了導致人們接觸到低質量新聞的可能原因,包括意識形態一致性和數位素養水平。發現低數位素養水平的人更可能使用導致接觸低質量搜索結果的搜尋詞。

最後,研究也發現,搜尋對於真實新聞的信任度也有影響。在多個實驗中,搜尋增加了正確評估真實新聞為真實的概率,尤其是在還未對新聞真實性進行評估前進行搜尋的情況下。

由於研究團隊發現低數位素養的人更可能使用導致低品質搜索結果的搜尋詞。這種情況會使他們更容易接觸到不可靠的觀點。由於他們在搜索過程中遇到的是低質量或具有誤導性的信息,這增加了他們被誤導的可能性。這種現象尤其在對於新近發布的新聞或信息進行搜索時更為明顯,因為這類信息的可靠事實查核往往需要時間,而搜索引擎可能首先顯示的是那些利用搜索引擎最佳化技術的低質量來源。

也就是說,在鼓勵大家多做事實查核之前,提升數位素養可能更重要。教育和培訓應當著重於改善人們的信息評估技能,教導他們如何有效地使用搜索引擎,以及如何辨識和篩選可靠與不可靠的信息來源。 研究團隊指出,媒體素養計劃需要基於經過實證測試的策略,並且搜索引擎公司需要對於識別出來的挑戰投入解決方案。這意味著,除了個人層面的數位素養提升,還需要有結構性的改變,比如改善搜索引擎的算法,使其更好地識別和篩選資訊,並提供更可靠的搜索結果。

研究團隊也發現接觸到不可靠新聞網站的人更容易相信假新聞,但現實是我們沒辦法干預人們看什麼。直接干預人們接觸哪些新聞來源是一項具有挑戰性的任務,同時也涉及到言論自由和個人選擇的問題。然而,有幾種方法可以幫助減少人們接觸不可靠新聞網站的風險,同時提高大眾對信息質量的識別能力:我們可以透過教育系統和公共媒體素養活動,教導人們如何辨別可靠的新聞來源和假新聞,以及如何批判性地思考他們所接收到的信息;政府可以鼓勵這些平台提高對假新聞和誤導性內容的識別能力,並在展示結果時加入更多的信息來源驗證和品質標籤(如筆者與許多科普作者一直努力在推動的「附加參考文獻」);鼓勵和支持事實核查機構,這些機構可以提供對於新聞報導和網上信息的獨立評估;透過媒體和公共運動,提高大眾對假新聞和信息操縱的認識,並鼓勵人們尋找多元化的新聞來源;發展和應用新技術,比如人工智慧,來識別和過濾不可靠或誤導性的內容。

值得擔心的事情是,如果信息發佈者刻意使用少用的關鍵字來造成讀者查詢搜尋引擎時只能得到低品質的信息,也可以成功誤導使用者。

當信息發佈者刻意使用特定的、少用的關鍵字時,他們可以創造所謂的「資料空白」(data voids)。在這種情況下,當使用者使用這些特定的關鍵字進行搜索時,搜索引擎可能無法返回高品質或可信的信息來源,而是優先顯示那些使用這些關鍵字的低品質或具有誤導性的內容。

這種策略會導致使用者在搜索過程中接觸到更多不可靠的觀點和信息,從而增加了他們被誤導的風險。這種現象尤其在對於新聞事件或專門主題進行搜索時更為明顯,因為這些領域可能缺乏廣泛的、高品質的報導。

為了對抗這種策略,提升數位素養非常重要,這包括教育公眾如何識別和評估信息來源的品質,以及如何進行更有效的搜索來找到更多元和可靠的信息。同时,搜索引擎也需要持續改進其算法,以更好地識別和過濾低質量或誤導性的內容。

為什麼搜尋以後信任度會增加?研究團隊提出了以下的看法:

1. 資料空白:當人們對於新近發布的或者特定話題的假新聞進行線上搜尋時,搜索引擎可能返回的是少量的可信信息,反而將不可信的信息放在搜索結果的前列。這種資料空白的情況尤其在於新聞剛發布時或對於特定專門話題的搜索中很常見。

2. 搜尋結果的質量:研究發現,那些在搜尋結果中接觸到低品質信息的人更有可能相信假新聞。這表明搜索結果的質量對於人們判斷信息的真實性有重要影響。

3. 意識形態一致性和數位素養:個人的意識形態傾向和數位素養水平也影響他們在搜尋時遇到的信息類型。意識形態一致的人可能會尋找與自己觀點相符的信息(這個現象稱為「確認偏誤」),而數位素養較低的人可能不擅長使用高效的搜索策略,從而更容易接觸到低質量的信息。

總的來說,這些因素共同作用,使得在搜尋過程中,人們有可能接觸到並因此信任低質量或誤導性的信息。這些發現強調了改善搜索引擎算法和提升公眾數位素養的重要性,以幫助人們更好地識別和篩選信息。

當然,也有可能是因為人們覺得自己已經查核過了,所以應該不會是假的。當人們進行搜尋並找到與他們要核查的信息相關的內容時,他們可能會感覺自己已經進行了足夠的查核。這種感覺可能來自於幾個心理因素:

1. 自我確認偏見(Self-confirmation bias):如果搜尋結果確認了人們原本的信念或預期,他們可能更傾向於接受這些信息,即使這些信息可能是不準確或誤導的。

2. 過度自信(Overconfidence):當人們自己進行搜尋並找到信息時,他們可能過度自信於自己的查核能力和所得到的結果的準確性。

3. 認知省力(Cognitive ease):如果搜尋過程很順利,並且快速找到了看似相關的答案,人們可能不太願意進一步質疑或分析這些信息。

因此,即使人們進行了搜尋,他們也可能由於這些心理因素而更容易信任他們找到的信息,特別是當這些信息與他們的既有信念一致時。這正是為什麼提升數位素養和批判性思維技能如此重要,因為它們可以幫助人們更有效地評估和篩選經過搜尋得到的信息。

參考文獻:

Aslett, K., Sanderson, Z., Godel, W. et al. Online searches to evaluate misinformation can increase its perceived veracity. Nature (2023). https://doi.org/10.1038/s41586-023-06883-y

2023年12月24日 星期日

AI算命?用大數據預測死因

 

圖片作者:ChatGPT

隨著電腦運算能力的提升、超級電腦的發明,人們發現可以開始利用「大數據」來做種種預測。於是開始有了依賴於各種機器學習技術和數據分析方法,包括統計模型、機器學習、深度學習、時間序列分析等技術,來進行醫療健康預測、金融市場預測、消費者行為預測、天氣預測等等。

雖然有時這些預測看起來像個笑話(還記得某大產險預測哪些星座的人特別容易出車禍那件事嗎?),但是大部分的預測系統還是都能提供企業一些有用的指引。

不過,這些預測系統到目前為止還是都有種種缺陷,所以也並不能完全依賴它們。當然,研究者也努力地開發新的系統,希望可以有更好的預測模型。

最近,由丹麥的研究團隊開發了一個新的模型,稱為life2vec。這個模型透過建立基於勞動和健康記錄的「生活序列」,訓練life2vec模型來理解概念之間的關係。研究團隊使用了丹麥的勞動力市場賬戶(AMRUN)和國家病人登記處(LPR)的資料,包含丹麥所有居民的事件數據。

然後研究團隊讓life2vec來預測2016年1月1日之後四年內一個人的存活概率,接著看看分析的結果。

以馬修斯相關係數(C-MCC)來衡量發現,life2vec在這項任務上的平均C-MCC得分為0.41(95%信心區間為0.40至0.42),這比基準模型高出11%。這顯示life2vec在預測早期死亡方面表現出色,超越了其他的基線模型。

這個新的模型為什麼能比以前的模型厲害呢?研究團隊認為,那是因為他們將個體的生活歷程視為一系列事件,並將這些事件以類似於自然語言處理中的詞嵌入方式來表示。這種方法使得模型能夠捕捉到生活事件之間的複雜關係和結構。另外是,他們利用進階的機器學習技術,如深度學習,對這些生活事件進行編碼和分析,模仿了處理自然語言的過程。當然丹麥政府提供了非常豐富的數據也是狠重要的一點。

從這個系統的開發,讓我們體會到我們的一生的確是由一系列的事件所組成的,而一個事件會導向另一個事件,有些時候我們自以為無意識下的決定,其實可能早就深植在我們的基因裡:三十年前抽的一根煙,可能就種下你現在肺裡的出現病變的遠因,但真的讓肺臟出現病變,還需要中間的其他行為來幫一把手,不是嗎?

參考文獻:

Savcisens, G., Eliassi-Rad, T., Hansen, L.K. et al. Using sequences of life-events to predict human lives. Nat Comput Sci (2023). https://doi.org/10.1038/s43588-023-00573-5

2023年12月22日 星期五

從天池湖積碳對照中國歷史

 

項羽火燒阿房宮。圖片來源:每日頭條

雖然中國在公元前221年就統一了,但是整個中國歷史上還是不斷的有改朝換代的事件發生。每次改朝換代,整個中國大地就陷入戰火。

戰爭中最常發生的事件就是火災。打仗用火攻、逃走時為了不讓對方得到資源放火燒城、佔領後為了要殺雞儆猴放火燒城...通通都是火災。項羽打進長安火燒阿房宮,據說大火三月不熄!

這些在歷史上都有紀錄,但是有沒有留下什麼痕跡呢?

有的。一群中國的科學家,使用了天池湖(位於甘肅省隴南市張家川回族自治縣,是六盤山天池國家森林公園的一部分。具體地理位置為東經106.30度,北緯35.25度,海拔約2430米。)沉積核心的黑碳測量數據,來觀察人類戰爭活動對東絲綢之路地區過去2000年火災歷史的影響。整個研究橫跨了過去6000年,分析火災、燃料、氣候和人類活動之間的關係。

研究團隊發現,在中晚全新世時期,火災活動與氣候和植被的變化有關,顯示出乾旱加劇和草本植被擴張的影響。但是在最近的2000年,火災強度和幅度的增加與氣候和植被變化在百年尺度上不再同步,而是與不同朝代記錄的戰爭次數呈現顯著的正相關。這顯示了戰爭活動,特別是不同政治勢力之間的戰爭,可能是東絲綢之路過去2000年百年尺度上五次高強度火災的主要影響因素。

這五次高強度火災的大約時間點,它們分別是:

1. 第一次:公元前150年左右。
2. 第二次:公元150年左右。
3. 第三次:公元450年左右。
4. 第四次:公元550年左右。
5. 第五次:公元1250年左右。

這些時間點代表了過去2000年間東絲綢之路地區歷史上的重要火災事件,並與當時的人類戰爭活動有顯著相關性。

研究團隊認為,這五次高強度火災發生的大約時間點可以對到以下這些相關的歷史事件:

1. 公元前150年左右(東漢時期):這一時期發生了115次軍事衝突,主要是漢朝與當地少數民族如匈奴和羌族之間的戰爭。這些戰爭幾乎貫穿整個東漢時期。
2. 公元150年左右(東晉和南北朝時期):這段時間內記錄了182次東晉時期和96次南北朝時期的戰爭。這是中國分裂為多個政權的動蕩時期,各政權之間發生了頻繁的戰爭。
3. 公元450年左右(晚唐時期):晚唐時期,唐朝在安史之亂後失去了對西北地區的控制,這一時期記錄了139次戰爭活動。這時期的戰爭主要是唐朝與周邊的遊牧民族如吐蕃和党項之間的衝突。
4. 公元550年左右(北宋時期):北宋時期,該地區發生了141次戰爭,主要涉及北宋與西夏、吐蕃、羌族、遼朝以及西夏和回鶻、遼朝和古斯羅之間的衝突。
5. 公元1250年左右(明朝時期):明朝時期是這一時期戰爭最頻繁的時期,記錄了201次戰爭。明朝與韃靼進行了超過100年的戰爭,為了防止韃靼南下入侵,明軍經常在冬季和春季放火燒草原,形成壯觀的火海。

但是,如果去請AI去找出論文提到的五個時間點(公元前150年、公元150年、450年、550年、1250年)在中國歷史上發生的事件,找到的卻是:

1. 公元前150年左右:這一時期是西漢時期。西漢在這個階段穩定發展,並進行了一些擴張和探索活動,例如張騫的西域使節活動,可能與絲綢之路的形成和發展有關。
2. 公元150年左右:這一時期屬於東漢末年,是一個政治動蕩的時期。東漢末年出現了著名的黃巾之亂(184年開始),標誌著三國時期的開始。
3. 公元450年左右:這一時期是南北朝時期的北魏。北魏在這個時期進行了一些重要的政治和社會改革,例如太和年間(477年至499年)的改革。
4. 公元550年左右:這個時期也是南北朝時期,此時的中國分裂為多個競爭的王朝。
5. 公元1250年左右:這是蒙古帝國的時期。蒙古帝國在13世紀對中國進行了一系列的征服,並在1271年建立了元朝。
感覺好像有些點不大對得上?

在論文中,研究團隊確實注意到了火災事件與相應朝代的時間差異,並對此進行了解釋。他們指出,這種時間差異可能是由於以下幾個原因造成的:

1. 紀錄的時間精確度:古代歷史紀錄的時間可能不夠精確,尤其是在遠古時期。因此,火災事件與歷史紀錄中的戰爭時間可能存在一定的誤差。
2. 氣候與環境因素:氣候條件和環境變化也可能對火災的發生有顯著影響。例如,在特定氣候條件下,即使沒有大規模的人類活動,自然火災也可能發生。
3. 黑碳紀錄的延遲:黑碳紀錄可能會受到沉積過程中的延遲影響。這意味著實際的火災事件可能早於黑碳紀錄所顯示的時間。
4. 地區性差異:研究區域範圍廣闊,不同地區的歷史事件與環境條件可能有所不同,這也可能導致火災記錄與特定朝代事件之間的時間差異。

總而言之,論文作者提出這些時間差異可能是由於多種因素的綜合作用,包括歷史紀錄的精確度、氣候條件、黑碳紀錄的特性以及地理和環境差異。因此,這些火災事件與特定朝代或歷史事件的對應關係應該謹慎解釋。

由於研究團隊使用導光流光(Optically Stimulated Luminescence,簡稱OSL)定年法來定年。這是一種測定石英或長石礦物中的最後日照時間的技術,是一種特別適用於沉積物樣本的定年方法,廣泛應用於地質學和考古學領域。但是,OSL的誤差範圍可以從幾十年到幾百年不等,這也應該要列入考量。

不論如何,最近這兩千年天池湖記錄的黑碳沈積,顯然與天災無關,而是人禍。人類做的事,一樁樁一件件,地球都有默默地記錄下來呢!

參考文獻:

Shanjia Zhang, Hao Liu, Gang Li, Zhiping Zhang, Xintong Chen, Zhilin Shi, Aifeng Zhou, Guanghui Dong, Warfare impact overtakes climate-controlled fires in the eastern Silk Roads since 2000 B.P., PNAS Nexus, Volume 2, Issue 12, December 2023, pgad408, https://doi.org/10.1093/pnasnexus/pgad408

GluD1:一個可與GABA結合的穀胺酸受體

 

GABA的3D分子模型。圖片來源:維基百科

一般來說,大腦中的大部分興奮性神經傳導是由離子型穀胺酸受體(iGluR)家族成員負責的。它們是一類重要的膜蛋白,具有以下特性:

1. iGluRs屬於穀胺酸受體的一種,穀胺酸是哺乳動物中主要的興奮性神經傳導物質。
2. 這些受體是配體門控型離子通道,當穀胺酸(配體)與受體結合時,會引起通道開啟,允許特定的離子(如鈉、鉀和鈣)流過細胞膜。
3.iGluRs有三大類亞型,分別是AMPA受體(α-氨基-3-羥基-5-甲基-4-異恐呼噁唑丙酸受體)、NMDA受體(N-甲基-D-天冬氨酸受體)和kainate受體。
4. iGluRs在神經傳導、神經可塑性、學習與記憶形成中扮演關鍵角色。NMDA受體於其在長期增強(LTP)中的作用特別著名,這是一種與學習和記憶關聯的突觸可塑性形式。
5. iGluRs的功能可以通過多種機制調節,包括磷酸化、蛋白質交互作用和基因表達調控。
6. iGluRs異常與多種神經退行性疾病(如阿茲海默症、帕金森症)、精神疾病(如抑鬱症、精神分裂症)和其他神經系統疾病相關。

這些特性使iGluRs成為神經科學研究的重要對象,並為開發針對神經相關疾病的治療方法提供了可能的途徑。

然而,GluD1作為這個家族的成員之一,其功能和特性卻與傳統iGluRs有所不同。

GluD1,全名為穀胺酸去極化受體1(Glutamate Delta-1 Receptor),是屬於離子型穀胺酸受體(iGluR)家族的一員。這個家族的受體在神經系統中扮演著關鍵角色,主要負責傳遞興奮性信號。

在先前的研究中,GluD1被認為與傳統的iGluR功能不同,它對穀胺酸不敏感且不直接參與典型的離子通道活動。而且,它存在於興奮性和抑制性突觸中;更特別的是,在小鼠海馬體的stratum lacunosum-moleculare (SLM) 區域,GluD1受體主要累積在抑制性突觸而非興奮性突觸。這使得GluD1在iGluR家族中顯得有些異常,引起了研究團隊進一步的興趣和研究。

在論文中,研究團隊採用了幾種方法來證明GluD1受體可以與GABA結合:

1. 電生理實驗:通過使用細胞外紀錄技術,研究人員測量了GABA對GluD1表達細胞的影響。他們觀察到在這些細胞中,GABA的應用會引起特定的電流變化,這表明GABA與GluD1受體的直接交互作用。
2. 藥理學方法:利用特定的藥物,可以抑制或增強GABA的效果,進一步支持了GABA和GluD1之間的相互作用。例如,使用GABA受體拮抗劑可以阻止GABA引起的電流變化。
3. 分子生物學實驗:作者可能進行了突變實驗,改變GluD1受體的特定胺基酸,以確定哪些部分對GABA的結合非常重要。這些實驗有助於確定GABA與GluD1結合的具體分子機制。
作者首先在GluD1受體中引入了“Lurcher” A654T突變(Ala654→Thr),這是一種使GluD2受體持續活化的突變。這種GluD1-A654T突變體在表現在非洲爪蟾卵母細胞(Xenopus oocytes)後,產生了小但可靠的持續內流電流。隨後,為了增強這些電流,作者又引入了另一個突變C645I(Cys645→Ile),使之與GluD2的M3孔道段匹配。這個雙重突變體(GluD1-A654T-C645I),被稱為GluD1-Lurcher,產生了更大的持續電流,並且這些電流可以被D-絲胺酸和甘胺酸增強。
另外,研究團隊在GluD1受體的配體結合域(LBD)上進行的突變實驗顯示,當這些位點突變後,對GABA的反應完全消失,這現使GluD1 LBD在感知GABA方面起著主要作用。
研究團隊還用了非Lurcher的GluD1突變體來研究GABA的結合和引起的構象變化。這些實驗顯示,GABA能夠與GluD1結合並引起結構上的變化。此外,當GluD1受體無法與配體結合時,未檢測到任何螢光信號,這表明在GluD1 LBD上的配體結合是關鍵的分子事件。
4. 結構生物學分析:利用X射線晶體學或冷凍電子顯微鏡(cryo-EM)技術來解析GluD1受體的三維結構,並觀察GABA結合時的結構變化。這可以提供直接的結構證據表明GABA與GluD1受體的交互作用。
5. 生化實驗:使用標記的GABA或其他生化方法來直接證明GABA與GluD1受體的物理結合。研究團隊應用了一種稱為螢光共振能量轉移(FRET)的技術,來觀察GABA和GluD1之間的物理接觸和相互作用。
在螢光共振能量轉移實驗中,當GABA(作為配體)接近GluD1受體時,會引起螢光分子之間的能量轉移,從而發出可檢測的信號。這種信號顯示GABA已經與GluD1受體緊密結合。該方法提供了直接的實驗證據,支持GABA能夠與GluD1受體發生特異性的分子交互作用。
這些方法的結合使用為GluD1受體與GABA之間的交互作用提供了強有力的證據,從而改變了我們對於神經遞質受體交互作用的理解。

過去並不認為iGluRs(離子型穀胺酸受體)會與GABA(γ-氨基丁酸)結合。iGluRs通常被認為是專門響應穀胺酸的受體,而GABA是一種不同的神經傳導物質,主要在大腦中產生抑制性作用。穀胺酸和GABA的受體在功能和結構上被認為是相互獨立的。

穀氨酸作為主要的興奮性神經傳導物質,其受體iGluRs主要參與神經活動的促進和調節。相反,GABA是主要的抑制性神經傳導物質,其受體(例如GABA_A和GABA_B受體)主要參與減少神經活動和促進鎮靜。

發現穀胺酸受體GluD1會與GABA結合,為神經科學研究開啟了一個新的視野。這個研究成果挑戰了關於穀胺酸和GABA受體之間的傳統二分法,並為理解神經抑制性可塑性的機制提供了新的見解。這項發現對於神經科學和精神疾病的研究具有重要意義,因為GluD1突變與自閉症、精神分裂症和重度憂鬱症的易感性有關。

參考文獻:

Laura Piot et al. ,GluD1 binds GABA and controls inhibitory plasticity. Science 382, 1389-1394(2023). DOI:10.1126/science.adf3406

2023年12月21日 星期四

海洋微生物界的巨人:揭秘刺蝶魚腸道中的巨型細菌

 

圖片來源:PNAS

以為細菌都是小不點嗎?事實上,科學家不斷地發現超大細菌。1993年,科學家在刺尾鯛科發現了Candidatus Epulopiscium這種超大細菌,它是200–700 μm長的異營細菌。後來,在1999年,科學家在在非洲納米比亞的海岸附近的海床沉積物中發現了以硫化物作為能量來源的Thiomargarita namibiensis。由於T. namibiensis是自營菌,所以C. Epulopiscium還是穩坐最大異營菌的寶座。

不過,這個寶座最近換人坐了。有科學家在熱帶海洋刺蝶魚(Acanthuridae家族)的腸道中發現了Ca. Epulopiscium viviparus。它們呈雪茄形狀,可以達到長600微米、寬80微米的大小。

這種細菌的基因體的大小為3,282,201個鹼基對(bp) 。這其實並不大(大腸桿菌的基因體有4.6Mbps,比它大),但是Ca. Epulopiscium viviparus的基因組中卻有一些相對較大的基因。這些基因中,有六個長度超過10千鹼基對(kb),其中一半超過15 kb。其中最大的基因是一個包含6869個胺基酸基的蛋白質。這個蛋白質含有分泌信號、跨膜域、纖維連接蛋白III域(Fn3)、黏蛋白保留位點和類似於果膠和鼠李糖半乳糖醛酸裂解酶的平行β螺旋重複結構。這些特徵顯示這個蛋白質可能是一種位於細胞表面的糖水解酶。與大腸桿菌(Escherichia coli)相較,大腸桿菌中最大的已知蛋白質是DNA聚合酶III的β次單元(dnaN),該基因大約760個氨基酸。這與Ca. Epulopiscium viviparus中最大的基因(編碼6869個氨基酸的蛋白質)相比,顯得小很多。

另外一個特別的地方是,Ca. Epulopiscium viviparus展示了極端的多倍體性,擁有數以萬計的染色體 。這意味著儘管其基因組的總鹼基對數量相對較小,但是由於多倍體的存在,其細胞內有大量的基因體,這可能是為了滿足其大型細胞結構和代謝需求。

至於它的代謝方面,從定序分析可知,Ca. Epulopiscium viviparus將其大約15.43%的蛋白質基因分配給碳水化合物的運輸和代謝,這一比例高於其他被研究的基因體,包括其他腸道菌。

Ca. Epulopiscium viviparus產生ATP的主要方式是通過發酵過程以及利用其富含鈉離子的環境。這種細菌在發酵過程中生成了所需的能量,並且透過利用它所處環境中的鈉離子,產生了鈉動力(sodium-motive force, SMF)。這個鈉動力是推動ATP合成和鞭毛運動的關鍵動力來源。

Ca. Epulopiscium viviparus擁有合成多種維生素B群的基因體能力,具體包括維生素B2、B6和B12

Ca. Epulopiscium viviparus具有累積多聚磷酸(polyphosphate)的能力。其基因體中包含了外多聚磷酸酶(exopolyphosphatase)和多聚磷酸激酶(polyphosphate kinase)的基因,以及一個依賴鈉離子/磷酸根(Na+/Pi)的磷酸根轉運蛋白。

為什麼要研究它呢?研究這麼特別的生物,可以擴展我們對這個世界的理解,也能讓我們進一步認識到「什麼都不奇怪」是什麼意思。

參考文獻:

David R. Sannino et al. 2023. The exceptional form and function of the giant bacterium Ca. Epulopiscium viviparus revolves around its sodium motive force. PNAS 120 (52): e2306160120; doi: 10.1073/pnas.2306160120

2023年12月19日 星期二

魚兒為何要成群地游?

 

一群波條魚丹。圖片作者:ChatGPT

在海裡,常常可以發現成群游動的魚。為什麼魚要成群地游呢?對於魚類的集體游動行為,科學家們提出了幾種理論來解釋這種行為的進化和生態優勢:

1. 防禦掠食者理論:成群游動可以增加個體的生存機率。在大群中,每隻魚被捕食的機率降低,這被稱為“稀釋效應”。此外,群體的大小和複雜的游動模式也可能使掠食者難以專注於單一目標。
2. 增加獵物尋找效率:集體游動可以幫助魚群更有效地尋找食物。通過集體的努力,魚群可以探索更廣泛的範圍,並通過社會學習來共享有關食物來源的信息。
3. 節能理論:魚群游動可以節省能量。魚群中的個體可以利用前面或旁邊魚隻產生的水流,減少自己的游動阻力,從而節省能量。這個理論很像大雁為何要編隊飛行的理論。
4. 交配和繁殖:集體游動有助於魚類在繁殖季節中找到配偶。大群中的個體更容易遇到合適的配偶,從而提高繁殖的成功率。
5. 環境感知和反應:在群體中,個體能夠更快地感知到環境變化,如掠食者的接近或環境的變化,並迅速作出反應。這種集體感知和反應機制提高了整個群體的適應能力。

總的來說,這些理論反映了集體游動行為對魚類在生存、繁殖和能量效率方面的多重益處。

最近對於幾種不同的魚的研究,投了「節能理論」一票。

在這項研究中,研究團隊測量了多種魚類,包括:

鱸形目魚類(Ray-finned fish):這是一個大型魚類群組,包含多種不同的物種。
Notropis heterodon:一種小型淡水魚。
Anguilla anguilla L(歐洲鰻魚):一種長體形的鰻魚。
Lepomis macrochirus(藍鰓日魚)和Oncorhynchus mykiss(虹鱒):這些物種分別在不同的游速下進行了研究。
Salmo salar(大西洋鮭魚):這種魚在多達6種不同的游速下進行了測試。
Devario aequipinnatus(波條魚丹):這種魚在最多14種不同的游速下進行了氧氣消耗和二氧化碳排放的測量,包括有氧和無氧能量消耗的測試。

為了研究魚群集體游動的節能效益,研究團隊採用了一系列的實驗方法。他們使用高精度的水動力學追踪技術來分析魚群游動時的行為和能量消耗。此外,他們還運用了代謝測試,這包括測量魚群游動時的氧氣消耗和二氧化碳排放,以評估魚群的能量代謝。透過這些方法,研究團隊能夠量化集體游動對於能量效率的影響,並與單獨游動的魚進行比較。這些實驗的結果幫助研究者深入理解魚群集體行為背後的生理和生態機制。

研究團隊發現,魚群游動時的代謝能量消耗曲線呈凹形,相比單獨游動的魚,每尾擊動時能節省高達56%的能量。在最高持續游速時,群游的魚比單獨游動的魚具有44%更高的最大有氧表現,並減少了65%的無氧能量使用。這導致總能量支出和運輸總成本降低多達53%,這是水生生物中記錄到的最低值之一。魚群從高強度運動中恢復的速度比單獨游動的魚快43%。這些節能效益可能是魚類集體游動行為普遍存在的原因之一。

要注意,這篇論文還沒有正式刊登在期刊上,不過已經有同儕評論。有興趣的讀者請去網站閱讀同儕的評語。

參考文獻:

Energy conservation by collective movement in schooling fish Yangfan Zhang, George V. Lauder bioRxiv 2022.11.09.515731; doi: https://doi.org/10.1101/2022.11.09.515731

黑猩猩(chimp)會記得自己的老友

 

圖片作者:ChatGPT

人類總是喜歡想像自己是「萬物之靈」,認為很多能力只有人類有,其他動物沒有。最近的研究發現,黑猩猩和倭黑猩猩(巴諾布猿)能夠記住以前的群體成員多達數十年。

研究團隊利用眼動追踪技術,讓黑猩猩與倭黑猩猩觀看以前的群體成員和陌生同種的側面圖像。結果顯示,這些靈長類動物對以前群體成員的面孔展現出更強的關注傾向,而且這種傾向不會因為分開時間的增長而減弱。

研究團隊發現,相較於陌生個體,這些動物對過去的群體成員展示出更強烈的關注。與對陌生個體的圖像相比,黑猩猩和倭黑猩猩平均對過去群體成員的圖像多凝視約0.24秒(約多11%)。這顯示它們在注意力上有顯著的偏好,能夠識別並記住過去社交群體中的個體。

這種關注表現不僅在凝視時間上有所增加,也在凝視模式上有所不同。研究發現,這種關注偏差與過去正面社交互動的歷史有關,顯示它們能夠記住並區分熟悉和不熟悉的個體。

受測試的猩猩與曾經的群體成員分開的時間最長達26年。例如,一隻名為Louise的倭黑猩猩在實驗時已經超過26年沒有見到她的妹妹Loretta和侄子Erin,但她在實驗中對他們的照片仍顯示出顯著的關注偏好。這一結果顯示,黑猩猩和倭黑猩猩的長期社會記憶可能與人類相似,能夠持續數十年。

當然,對於比較短命的動物(如老鼠)來說,發展長期記憶可能是沒有必要的;但是對於可以存活數十年的動物,記得過去的親友當然是有好處的,不是嗎?

參考文獻:

PNAS. https://doi.org/10.1073/pnas.2304903120

瑞典隆德大學(Lunds University)天文學系因霸凌醜聞遭校方解散

 

隆德大學的主建築。圖片來源:維基百科

在台灣因為少子化,明年將有六所大學退場的時刻,瑞典的隆德大學(Lunds University)天文學系也傳出被校方解散的消息。

或許有的人會以為會不會也是少子化的關係,但其實不是的。是因為霸凌與騷擾(bullying and harrassment)。

校方的決定是在對兩位資深天文學教授(Sofia Feltzing 與 Melvyn Davies)長達三年以上的欺凌投訴無法有效處理後作出的。霸凌的行為可能早在2008年就開始,最終,學校決定將這兩位教授分配到其他系所,並解散天文學和理論物理學系,將其納入物理學系。在過去,類似的決定曾經發生在瑞士的蘇黎世聯邦理工學院ZTH Zurich。

這起事件對於隆德大學來說尤其具有挑戰性,因為天文學系擁有悠久的歷史。隆德的第一個天文台建於1672年,該系有許多重要的成就。遷移過程中涉及到將歷史文物搬遷,但是並非所有文物都能在新的地點被容納。這一遷移被視為文化遺產的損失,進一步加劇了形勢。

這起醜聞的持續和重組過程對於教職員工和系所的運作產生了極大的影響。它中斷了研究和教學(不具名的教授抱怨這幾年都無法做研究),影響了職業選擇,並導致一些知名天文學家離開了大學。處理投訴和隨後的重組過程被視為效率不彰,對教職員工和學生造成了重大的壓力和焦慮。一些受到這一醜聞影響的人選擇完全離開學術界,而其他人則在其他地方繼續進行研究。

這一案例突顯了學術界中欺凌和騷擾的更廣泛問題,強調了大學需要發展有效的應對措施。隆德大學的事件是未解決職場問題對個人和機構可能產生的長期影響的警示。

參考文獻:

Alexandra Witze. 2023/12/15. How a bullying scandal closed a historic astronomy department:Lund University in Sweden reorganizes in the face of years of accusations against two professors.

2023年12月17日 星期日

現代馬力克病毒(MDV)更厲害!

 

圖片來源:維基百科

馬力克病(Marek's disease)是由匈牙利獸醫József Marek在1907年發現,其病原為馬立克病毒(Marek's Disease Virus, MDV)。MDV屬於Alphaherpesvirinae亞科中的Mardivirus屬,是一種具有六角形對稱性的病毒,直徑約為150-160奈米。MDV是一種與宿主細胞相關的單純疱疹病毒,具有高度專一性地感染家禽,特別是雞。MDV通常被分類為三種血清型。

馬立克病毒引起的馬立克病是全球家禽業中最常見和普遍的傳染病之一,尤其影響雞群。幾乎所有的雞群,除非在嚴格無病原體的環境中飼養,都被假定為受MDV感染。這種病的臨床表現在商業養雞場中非常多變,取決於多種因素,包括病毒株和劑量、接觸年齡、母體抗體、宿主性別和遺傳、疫苗病毒株和劑量,以及包括壓力在內的環境因素。

馬立克病特別具有挑戰性,因為MDV具有高度傳染性,在雞之間容易傳播。一旦病毒進入雞群,不論疫苗接種狀態,它都會迅速傳播。感染的雞可能長期作為帶原者,不斷散播病毒。MDV以其生存能力而著稱,能在家禽飼養場的垃圾或灰塵中存活數月,這對於其傳播特別有效。雖然疫苗接種可以減少病毒散播,但不能完全預防。

馬立克病對經濟的影響重大。例如,在肉雞中,由病毒引起的內臟和皮膚變化可能導致高達90%的屠宰雞隻在屠宰帶上被退。這一影響因病毒株的病原性進化和家禽生產規模的顯著加劇而加重。儘管疫苗開發取得了進展,但現有的疫苗仍然不能完全保護雞隻免受感染或感染後的臨床症狀和內臟病變。

這種病的廣泛性、高傳染率和病毒的持續進化使其成為對全球家禽業持續和重大的威脅。管理馬立克病仍然是一個關鍵問題,重點是改進疫苗策略以及了解病毒的致病性和傳播動態。

由於馬力克病對產業影響如此之大,最近有研究團隊對來自15隻古代雞隻的MDV DNA進行了定序分析,結果發現這些古代病毒株與現代病毒株基因上有重要差異。他們測試了古代Meq基因(一種調控腫瘤形成的基因),發現其與現代版本相比,致病性大大降低。

Meq基因是MDV的關鍵致癌基因,負責調控腫瘤形成。在現代MDV株中,Meq基因經歷了正向選擇和四聚脯氨酸(tetraproline)重複單元的逐步失去,這些變化導致了其轉錄活化能力增強。與古代MDV株中的Meq基因相比,古代版本的Meq基因含有更多完整的四聚脯氨酸重複單元,且其轉錄活化能力較弱,這意味著它們可能無法有效驅動腫瘤形成。這些差異反映了MDV在過去幾個世紀中對其宿主的致病性進行了顯著的適應和演化。

研究團隊也進行了古代和現代馬立克病毒(MDV)Meq基因的轉錄活化能力測試。實驗結果顯示,與現代MDV的Meq基因相比,來自古代匈牙利MDV株(OL1385)的Meq基因在轉錄活化方面顯示出較弱的能力。現代非常病毒性的MDV株(RB1B和Md5)的Meq基因轉錄活化能力則是古代匈牙利MDV株的三到四倍。這表明古代MDV的Meq基因在轉錄活化方面遠不如現代病毒株強,這可能意味著古代MDV株具有較低的致病性。

總而言之,這個研究顯示現代的MDV比古代強得多了,但是要怎麼處理?研究團隊也沒有給什麼建議,大家只能盡量做到多小心吧!

參考文獻:

Steven R. Fiddaman et. al.,Ancient chicken remains reveal the origins of virulence in Marek’s disease virus. Science, 2023; 382 (6676): 1276 DOI: 10.1126/science.adg2238

吃飯皇帝大:馴鹿(reindeer)為覓食演化出特殊視覺

 

圖片作者:ChatGPT

聖誕節要到了,每逢聖誕節,一定會看到馴鹿(reindeer,Rangifer tarandus)的圖片。但是,你可知道,馴鹿的主食其實是地衣(lichen),而且為了吃地衣,馴鹿還演化出了哺乳類頭一份的特殊視覺嗎?

最近蘇格蘭的研究發現,在馴鹿的眼睛視網膜後面,有所謂的襯底光學組織(tapetum lucidum)。襯底光學組織能反射穿過視網膜的光線,增強夜間或低光環境下的視力。這種組織對於動物在昏暗環境中獲取更多光線非常重要,特別是那些夜間活動的動物。襯底光學組織的存在使得這些動物的眼睛在黑暗中呈現出特殊的光澤,這是因為反射的光線使得它們的眼睛在低光照條件下看起來更亮。

有襯底光學組織不稀奇,稀奇的是,馴鹿的襯底光學組織可以根據季節改變色彩。在夏季,這個組織呈現出金色,而在冬季則變成深藍色。這種色彩變化與馴鹿眼睛對光線的敏感度有關,特別是在不同季節日光強度的變化下。冬季的深藍色襯底光學組織可能有助於增強在低光照條件下的視覺敏感度,這對於馴鹿在冬季覓食特別重要。這種季節性的顏色變化在哺乳動物中只有馴鹿有。

研究團隊懷疑,馴鹿之所以會有這樣特別的襯底光學組織,是為了在雪地背景下辨認吸收紫外線的地衣。畢竟,雪地會反射紫外線而地衣不會,所以這個想法可能是正確的。

於是研究團隊分析了三種地衣的反射光譜,這些地衣包括:U. hirta、北歐橡苔蘚地衣(Evernia mesomorpha)和常見綠盾地衣(Flavoparmelia caperata)。此外,他們還研究了馴鹿苔蘚(Cladonia rangiferina)在蘇格蘭凱恩戈姆國家公園中的UV吸收情況。

這些地衣的反射光譜顯示了不同程度的紫外線(UV)吸收。例如,U. hirta、北歐橡苔蘚地衣和常見綠盾地衣展現了可變的UV吸收水平。此外,馴鹿苔蘚在蘇格蘭凱恩戈姆國家公園的一個地點被發現具有相對於附近雪的明顯的UV吸收,這在紫外線攝影中也很明顯。這些發現說明了地衣在不同波長的光下的反射特性,這對於理解馴鹿如何在雪地背景下識別這些地衣非常重要。

所以,馴鹿的特殊視覺能力,特別是對紫外線(UV)光的高度敏感性,可能是進化過程中的一種適應。由於馴鹿的主要食物之一是地衣,這些地衣吸收UV光而雪反射UV光,因此具有能夠辨識這種對比的能力對馴鹿在雪地環境中尋找食物非常重要。在這樣的環境下,能夠更有效地識別地衣的馴鹿可能會有更高的生存和繁殖成功率。

隨著時間的推移,這種特殊的視覺能力可能在馴鹿種群中逐漸普及,因為它對於覓食和生存非常有幫助。這就是自然選擇的過程,其中適應特定環境挑戰的特徵被選擇並在物種中逐漸積累。因此,我們現在看到的馴鹿都具有這種特殊的對UV光敏感的視覺能力,這是它們長期適應極端生活環境的結果。

參考文獻:

Nathaniel J. Dominy, Catherine Hobaiter, Julie M. Harris. Reindeer and the quest for Scottish enlichenment. i-Perception, 2023; 14 (6) DOI: 10.1177/20416695231218520

2023年12月15日 星期五

懷孕為何會害喜?

 

圖片來源:維基百科

女人懷孕真的很辛苦。除掉最後三個月帶球走、吃不好也睡不好,頭三個月還常常會「害喜」!害喜是比較好聽的說法,在醫學上稱為「孕吐症」(nausea and vomiting of pregnancy, NVP;或是Hyperemesis Gravidarum,HG)。雖然英文morning sickness直譯為「晨間不適」,但是噁心或嘔吐的情況卻在一天中任何時段都可能會發生。典型的孕吐症狀發生在懷孕第四週到第十六週之間 ,不過約有10%的女性在懷孕第二十週後還是有此症狀。

筆者還記得當初懷第一胎的時候,真的是吐得昏天黑地,連床都下不來,聞到食物就想吐,什麼都沒吃也能吐水。不過,奇妙的是,懷第二胎的時候就幾乎沒反應了...

筆者有朋友懷孕時從第一個月吐到最後一個月!

因為孕吐真的是令人苦不堪言,所以在1950年代沙利竇邁(thalidomide)上市,號稱可以治療孕吐時,立刻大受歡迎,但是卻沒想到它會造成海豹肢畸形。那次的事件,影響了大約一萬名胎兒,也讓各國紛紛修改法規,規定新藥上市前一定要經過安全測試。

但是,到底是什麼造成孕吐?

說真的,在科學技術已經這麼先進的21世紀,我們竟然還是不清楚孕吐的成因,真的也是蠻奇妙的。直到2000年,才第一次有研究報告了在正常孕婦血液中存在高水平的GDF15。這項發現顯示GDF15可能與孕期的生理變化有關。

最近發表在《自然》期刊上的研究發現,在人體中,若給予一次性的、與孕期相似水平的GDF15,常常會引起噁心和嘔吐。這顯示GDF15可能直接引起孕期常見的噁心和嘔吐症狀。

另外,在接受Cisplatin(順鉑)這種抗癌藥物治療的病人中,常見的一個副作用是噁心嘔吐。但有意思的是,這些病人的GDF15也上升。當醫生給藥來阻斷GDF15時,也能減輕這些症狀,這又進一步支持GDF15與孕吐可能有關。

研究團隊也發現,人類中的GDF15基因變異,不論是常見的還是罕見的,常會造成GDF15異常升高,也都被指出是孕吐症的主要易感基因位址。這顯示GDF15在孕吐症發生中可能扮演重要角色。

另外,在患有β-地中海貧血的婦女中,由於這種疾病通常會造成GDF15水平常態性的比一般人高,而這些婦女在孕期噁心和嘔吐的頻率卻比一般人較低。這些發現也顯示高GDF15水平可能與孕期噁心和嘔吐的發生有直接關聯。

另外,當研究團隊給小鼠注射GDF15後,它們的食物攝入量降低了。另外,研究團隊也發現,對於先前暴露於高水平GDF15的小鼠,後來再注射GDF15時會有不同程度的反應。這可能暗示著長期暴露於高GDF15下可能會導致對此激素的減敏效應,這或許也解釋了為何有些人第二次懷孕時就不會吐得那麼厲害的原因。

所以,GDF15可能就是造成害喜的「兇手」!但是,到底什麼是GDF15?我們為什麼需要它?

GDF15 的全名是Growth Differentiation Factor 15。它是一種與食欲調節和體重控制相關的激素。它在大腦中的作用能影響食欲和消化系統的反應,包括噁心和嘔吐的感覺。過去的研究也發現,GDF15基因的變異可能會導致GDF15蛋白的生產、釋放或活性發生改變。這可能意味著孕婦體內GDF15的水平異常升高,從而引起噁心和嘔吐。不同個體對GDF15的敏感性可能不同,這部分受遺傳因素影響。有些女性可能因為基因變異而對GDF15特別敏感,從而更容易經歷孕期噁心和嘔吐。

總而言之,這篇研究發現,孕期GDF15升高與孕婦出現孕吐症的風險增加直接相關。這些變異可能會影響GDF15在食欲調節和消化系統反應中的作用,導致嚴重的噁心和嘔吐。

過了這麼多年,我們終於瞭解到為什麼孕婦會害喜的可能原因啦,但是到底有沒有解方呢?或許可以抑制GDF15的分泌、或許可以先給準媽媽們一點GDF15來減敏,不過這些還是都要先通過安全性評估才行,畢竟這牽涉到我們的下一代,不可不慎啊!

參考文獻:

Fejzo, M., Rocha, N., Cimino, I. et al. GDF15 linked to maternal risk of nausea and vomiting during pregnancy. Nature (2023). https://doi.org/10.1038/s41586-023-06921-9

2023年12月13日 星期三

全世界的家貓(domestic cats)狩獵超過2000種生物

 

圖片來源:維基百科

古代養貓是為了抓老鼠。曾幾何時,因為貓砂的發明,貓這種體型小又不需要蹓的生物,已經成為極受歡迎的寵物了。

你養貓嗎?你怎麼養?有些人堅持要讓自己的貓咪出門玩,說這樣貓咪比較快樂。

但是,貓咪的快樂可能是其他生物的不幸。

最近一項全球性的研究,分析了自由活動的家貓(Felis catus)的飲食習性。研究發現,貓會捕食超過2000種不同的物種,其中約16.65%屬於保育類,包括鳥類、爬行動物和哺乳動物。

研究結果指出,貓是一種極端的通食性掠食者,這對於理解它們對生態系統的影響及制定管理策略是非常重要的。

研究發現,在家貓捕食的2084種不同物種中,包括鳥類、爬行動物、哺乳動物、昆蟲和兩棲動物。其中,鳥類佔了47.07%(981種),爬行動物22.22%(463種),哺乳動物20.68%(431種),昆蟲5.71%(119種),兩棲動物2.74%(57種)。此外,還有一些其他類別(如魚類、蜘蛛類、多足類等),共佔了1.58%。

在這些被貓捕食的物種中,有16.65%屬於保育關注的物種。具體來說,鳥類約7.07%是保育類;哺乳動物中約4.89%屬於保育類;爬行動物中,保育類的比例為2.70%。而在兩棲動物中,保育類的比例是0.17%,昆蟲中則是0.10%。這些數據突顯了家貓對各種保育關注物種的潛在影響。

有一些物種因家貓的捕食活動而面臨絕種的風險。這些物種主要集中在小島上,其中一些已經因貓的捕食而瀕臨絕種或絕種。

這個研究發現再次凸顯了家貓管理和保護生態多樣性的重要性。 研究團隊提出保護策略和管理建議,主要集中在減少家貓對野生動物的影響。這些策略包括:

1. 提升貓的室內飼養,尤其是在生物多樣性豐富或有瀕危物種的地區。
2. 在敏感的野生生物區域實施更嚴格的貓隻管理政策。
3. 進行公共教育,增加對家貓對生態系統影響的認識。

這些建議主要著重在平衡貓隻福祉與保護野生動物的需求,並強調了公眾參與和意識提升在野生動物保護中的重要性。

另外,在台灣其實還是有些心理不太健康的人,會做出傷害貓的行為。還有,有些貓的疾病是沒有疫苗而且死亡率很高的!所以,不論是為了你的貓好、還是為了野生動物好,還是把貓咪留在家裡吧!

參考文獻:

Lepczyk, C.A., Fantle-Lepczyk, J.E., Dunham, K.D. et al. A global synthesis and assessment of free-ranging domestic cat diet. Nat Commun 14, 7809 (2023). https://doi.org/10.1038/s41467-023-42766-6

幽門螺旋桿菌(H. pylori)與人類族群的遷徙與演化

 

圖片來源:Nature Communication

幽門螺旋桿菌(Helicobacter pylori,簡稱H. pylori)是一種非常重要的細菌,因其與多種胃部疾病的關聯而引起廣泛關注。

H. pylori是一種螺旋形的革蘭氏陰性細菌。它具有鞭毛,幫助它在黏液層中移動,並侵入胃黏膜。

因為它能產生尿素酶,這種酶將尿素分解成氨,從而幫助中和周圍的酸性環境,使它能在胃的強酸環境中生存。

H. pylori主要通過口對口或糞口途徑傳播,常在家庭成員或密切生活的社區中見到。

它是慢性胃炎和胃及十二指腸潰瘍的主要原因。長期感染H. pylori增加患胃癌的風險,尤其是腺癌。另外它也與多種其他胃腸道疾病相關,如功能性消化不良和胃淋巴瘤。

H. pylori感染在全球範圍內非常普遍(約有一半的人受感染),特別是在發展中國家。由於其與重要胃腸病變的聯繫,這種細菌的檢測和治療對公共衛生具有重要意義。

由於了解和研究H. pylori對於改善全球胃部健康具有重要意義,並有助於預防和治療與之相關的多種疾病,甚至可以用來瞭解族群之間的關係,追蹤人類遷移和演化的歷史,所以有了幽門螺旋桿菌全球計劃(HpGP)。

幽門螺旋桿菌全球計劃(HpGP,H. pylori Genome Project)是一個國際性的研究合作計畫,旨在深入了解幽門螺旋桿菌的遺傳多樣性、演化、以及其對人類健康的影響。該計劃的主要透過匯集來自世界各地的H. pylori臨床菌株,涵蓋了多種不同的地理、種族和文化背景,形成了一個廣泛的資料群集。

這些菌株的基因組被定序與分析,以提供對H. pylori遺傳變異的全面視野。這包括分析菌株間的遺傳差異、共有的基因特徵,以及抗藥性等特性。透過這些數據,HpGP旨在探索H. pylori與各種胃病之間的聯繫,包括胃炎、胃潰瘍,甚至胃癌。這項研究有助於指導公共衛生策略,尤其是在預防和治療H. pylori相關疾病方面。

總之,HpGP是一項重要的全球性科學計畫,旨在從許多不同角度深入了解與H. pylori相關的複雜問題,並對人類健康產生深遠影響。

最近,HpGP匯集了來自50個國家的1011個H. pylori基因組(也包括了台灣),其中包括之前未發表過的12個國家的基因組序列,包括了來自全球各地的臨床菌株,提供了對H. pylori多樣性的廣泛視野。

研究使用了多種方法來分析這些基因組,包括精細結構(fineSTRUCTURE)、染色體圖、共享核心基因組特徵的網絡分析和主成分判別分析(DAPC)。

這些分析顯示了不同地理區域的H. pylori次群體,包括南非和澳大利亞/新幾內亞的獨特參考基因組。這些次群體在遺傳上有顯著差異,反映了不同地區的人群結構。

這項研究中,幽門螺旋桿菌的種群結構被劃分為四個主要的種群,代表了17個全球性的次種群:

1. 西南歐洲群集:包括拉丁美洲和東北非洲。
2. 北歐和中歐群集:涵蓋中東和中亞地區。
3. 西非和南非群集:包括非洲及北美、南美和中美地區。
4. 北亞、中亞和東亞群集:還包括美洲的原住民群體。

這些群體顯示了幽門螺旋桿菌在地理分布上的多樣性,反映了細菌與其宿主人類的共同演化歷程。

如:美洲原住民的幽門螺旋桿菌(hspIndigenousNAmerica)與亞洲的幽門螺旋桿菌(特別是北亞洲的hpNorthAsia)在分析中顯示出較高的親緣關係。這表明這些細菌種群之間存在著更多的共同祖先成分。這間接支持了美洲原住民可能是由亞洲越過白令陸峽而來的說法。

同樣的,拉丁美洲、東北非洲與西南歐洲的幽門螺旋桿菌也基於這些菌株之間的遺傳相似性被分在同一群裡。研究分析顯示,北非的幽門螺旋桿菌在遺傳上更接近伊比利半島(西南歐洲)和中東地區的菌株,而非非洲其他地區的菌株。這反映了歷史上的人類遷徙和文化交流,特別是在地中海地區,這些地區的人類互動可能導致了幽門螺旋桿菌在這些地區之間的遺傳交流。

另外,南美洲原住民的幽門螺旋桿菌與東亞的幽門螺旋桿菌之間的相關性較高。

而南非(屬於DAPC群組4,FS分析中的hpAfrica2)和澳洲/新幾內亞(DAPC群組6,FS中的hpSahul)的幽門螺旋桿菌與其他群組有顯著的遺傳差異。這些區域的幽門螺旋桿菌展現出與其他全球群組截然不同的遺傳特性,顯示了獨特的地理和遺傳多樣性。

研究團隊還進行了祖先分析,比較了不同H. pylori次群體的祖先貢獻。例如,歐洲次群體中不同的地理區域顯示了不同的亞洲和非洲祖先比例。

儘管HpGP提供了廣泛的信息,但某些地區和人群在幽門螺旋桿菌基因組學方面仍然研究不足。特別是南亞、中亞和非洲大陸的覆蓋率不足。

有趣的是,研究團隊在美國發現了一個具有高度同質性的H. pylori群體,顯示出在遠程地理位置間的關係。這種發現是罕見的,因為H. pylori的高重組率通常會消除這種關係的證據。

研究強調了H. pylori的傳播方式和與人類健康的相互作用。特別是,一個在美國人口中發現的群體顯示出與其他H. pylori相比具有顯著的適應優勢。

總而言之,這項研究為了解H. pylori在全球範圍內的遺傳多樣性提供了寶貴的洞見,並可能有助於未來針對特定菌株的醫療干預和治療策略的發展。

參考文獻:

Thorell, K., Muñoz-Ramírez, Z.Y., Wang, D. et al. The Helicobacter pylori Genome Project: insights into H. pylori population structure from analysis of a worldwide collection of complete genomes. Nat Commun 14, 8184 (2023). https://doi.org/10.1038/s41467-023-43562-y

2023年12月12日 星期二

全球糖尿病30年回顧

 

世界糖尿病日的代表符號。

糖尿病(DM)是一個全球性的慢性疾病,對公共健康構成了重大挑戰。

糖尿病是一種慢性代謝性疾病,其主要特徵是高血糖。糖尿病是由於胰島素的不足或身體對胰島素的不正常反應引起的,胰島素(insulin)是一種由胰臟產生的激素,它負責調節血糖水平。正常情況下,胰島素幫助將血糖從血液中輸送到細胞,以提供能量和營養。

糖尿病分為兩個主要類型:
第一型糖尿病(Type 1 Diabetes):也被稱為自體免疫性糖尿病,通常在青少年或兒童時發病。這種糖尿病是由自身免疫反應引起的,身體攻擊並破壞胰島素產生的胰島細胞。患者需要每天注射外源性胰島素來管理血糖水平。
第二型糖尿病(Type 2 Diabetes):這是最常見的糖尿病類型,通常發生在成年人中,但也可能在青少年和兒童中發病。第二型糖尿病通常與身體對胰島素的抵抗有關,胰島素的效用降低,而胰臟則可能不足以應對身體的需求。初期可能可以透過飲食、運動和醫療治療(包括口服藥物或胰島素注射)來管理,但一些患者可能需要進一步的治療。

高血糖如果長期不受控制,可能對身體造成許多嚴重的健康問題,包括心臟疾病、腎臟疾病、視力損失、神經損傷、足部潰瘍和其他併發症。因此,對於糖尿病患者來說,有效的管理和監測血糖水平至關重要,通過合理的飲食、運動、藥物治療和定期的醫療檢查來控制病情。

為了瞭解糖尿病在全世界的狀況,研究團隊分析了過去30年(1990-2019)來全球糖尿病的發病率、死亡率和死亡率與發病率之比(MIR)的趨勢。

研究結果顯示,全球糖尿病的發病率持續上升,每年每10萬人增加約3.73例。 這種上升趨勢被認為與近年來人們的生活方式變化、城市化、工業化和人口老齡化等因素有關。

研究團隊指出,糖尿病的死亡率在一些地區有上升趨勢,尤其是中歐東歐中亞、南亞、撒哈拉以南等地區。然而,在發達國家,糖尿病的死亡率相對穩定。

雖然死亡率上升,但全球MIR在同一時期呈現下降趨勢,每年平均下降0.001,這反映了糖尿病患者的生存率改善。

鑒於糖尿病的全球流行趨勢,研究團隊建議各國應該實施成本效益高的糖尿病預防和控制計劃。這些計劃應該包括提高公眾對糖尿病風險因素的認識、推廣健康的生活方式、改善營養、並提高糖尿病診斷和治療服務的可及性。

本研究的主要限制在於某些國家,尤其是較不發達地區,缺乏關於糖尿病發病率和死亡率的準確可靠數據。

總結來說,這個研究提供了有關全球糖尿病流行趨勢、風險因素、死亡率變化以及應對挑戰的詳細信息,並突出了改善公共健康的重要性。

參考文獻:

Balooch Hasankhani, M., Mirzaei, H. & Karamoozian, A. Global trend analysis of diabetes mellitus incidence, mortality, and mortality-to-incidence ratio from 1990 to 2019. Sci Rep 13, 21908 (2023). https://doi.org/10.1038/s41598-023-49249-0

2023年12月11日 星期一

蠶寶寶(silkworm)吃玉米?

 

圖片作者:ChatGPT

家蠶(Bombyx mori)是重要的產絲生物,而牠一定要吃桑葉,這也是我們從小就知道的。筆者記得小時候同學曾經分我兩「仙」蠶,但是因為沒有零用錢無法買桑葉,最後蠶寶寶就餓死了,到現在想到都還很難過呢!

蠶寶寶為什麼只能吃桑葉?是因為口味嗎?還是還有其他的原因?2019年的研究發現,這兩個原因都對。

研究團隊以基因編輯技術將蠶寶寶的苦味接受器GR66基因進行了兩種不同的突變。第一種突變(ΔGR66-1)導致GR66基因出現了929個鹼基對的缺失,導致基因的開放閱讀框架(ORF)縮短了180個鹼基對,從而生成了一個比野生型短60個胺基酸的GR66蛋白。第二種突變(ΔGR66-2)導致GR66基因出現了931個鹼基對的缺失,導致基因的開放閱讀框架(ORF)縮短了182個鹼基對,生成了一個比野生型短67個胺基酸的GR66蛋白。

結果發現,除了桑葉之外,GR66基因突變的家蠶品系表現出對其他植物和水果的食用能力,包括蒙古橡樹葉(Quercus mongolica)、蘋果(Malus domestica)、梨(Pyrus spp.)、大豆(Glycine max)和玉米(Zea mays)。這些結果顯示了GR66基因突變品系與野生型家蠶在食物選擇上的差異。

蠶寶寶能吃其他的東西,那麼這些食物能不能讓蠶寶寶長大蛻變成蠶蛾呢?

研究結果發現,儘管GR66基因突變的家蠶能夠食用其他食物,如蘋果、梨、大豆和玉米,但牠們仍然需要桑葉來成功發育成蠶蛾。這些突變品系的家蠶在非桑葉食物上無法完整度過整個五齡期,這強調了家蠶對桑葉的依賴性,以及桑葉在其生長發育中的重要性。

所以,蠶寶寶一定要吃桑葉,不只是因為口味的關係,桑葉裡還有一些蠶寶寶需要的營養,讓牠們能夠成功發育、長大成蠶蛾!

參考文獻:

Zhang Z-J, Zhang S-S, Niu B-L, Ji D-F, Liu X-J, Li M-W, et al. (2019) A determining factor for insect feeding preference in the silkworm, Bombyx mori. PLoS Biol 17(2): e3000162. https://doi.org/ 10.1371/journal.pbio.3000162

2023年12月10日 星期日

魔鬼龍(gorgosaur)的最後晚餐

 

圖片作者:ChatGPT

恐龍吃什麼?這個問題顯然不能問恐龍自己,因為牠們已經滅絕了。考古生物學家只能從化石裡面去找。但是,也需要好運,畢竟剛剛吃飽就遭遇不幸並變成化石,這需要的是恐龍的不幸以及人類的幸運。

最近發表在《Science Advances》上的一篇研究,就記錄了這樣的一個事件。科學家們研究在加拿大發現的少年魔鬼龍(gorgosaur,Gorgosaurus libratus)化石,在這不幸的少年魔鬼龍胃裡發現了兩隻小恐龍(應該是近頜龍科的恐龍)的後腿。顯然,這隻魔鬼龍跟我們一樣,覺得「雞腿」比較好吃。

這隻少年魔鬼龍大約七歲,330公斤重,站起來身高大約比成人高一點。當魔鬼龍長成時,會是這隻少年的10倍重。

魔鬼龍是暴龍科的成員之一,生存於上白堊紀的北美洲西部,約7650萬至7500萬年前。化石於1914年在加拿大亞伯達省發現。這次的少年魔鬼龍,也是在加拿大亞伯達省發現的。

過去對魔鬼龍的研究發現,成體吃大型草食恐龍。當然,成體的體重大約三公噸,要狩獵大型草食恐龍應該不難;但是對於只有300公斤重的少年魔鬼龍來說,要跳到大型草食恐龍背上,恐怕一秒就會被打下來吧。

所以,這次的發現,讓科學家們意識到,恐龍小時候跟長大後,也是會有不同的狩獵方式的。

參考文獻:

François Therrien et al. ,Exceptionally preserved stomach contents of a young tyrannosaurid reveal an ontogenetic dietary shift in an iconic extinct predator.Sci. Adv.9,eadi0505(2023).DOI:10.1126/sciadv.adi0505

2023年12月9日 星期六

miRNA是怎麼出現的?

 

圖片來源:維基百科

miRNA(microRNA),又稱為微RNA(微核糖核酸),是廣泛存在於真核生物中的一種大約21到23個核苷酸長的RNA分子。miRNA來自一些從DNA轉錄而來,但無法進一步轉譯成蛋白質的RNA(也就是所謂的非編碼RNA)。通過與目標信息RNA(mRNA)結合,miRNA可以抑制該mRNA的轉譯,也就是說,它可以抑制轉錄後的基因表現,在調控基因表現、細胞周期、生物體發育等方面都很重要。

miRNA怎麼被發現的?在1989年,Victor Ambros發現秀麗隱杆線蟲(C. elegans)中的基因 lin-4 會抑制另一個基因 lin-14。他們認為 lin-4 應該是藉由表現一種調控蛋白質來達成這件事。但是在1993年,他的學生 Rosalind Lee 和 Phonda Feinbaum 選殖出了 lin-4,卻發現這個基因非常小,不足以做出蛋白質,而且這個基因的產物也確實不是蛋白質,而是一個長度只有22個核苷酸的RNA。後來他們發現這個RNA可以和其他蛋白質結合,阻斷lin-14表現。這個分子的一端折回來與另一端形成不完全的互補配對,稱為「髮夾結構」。

後來發現,miRNA(微型RNA)通常會形成一種特殊的二級結構,稱為髮夾結構。在這種結構中,miRNA的一部分序列與它自身的另一部分序列進行互補配對,形成一個穩定的環狀或折返結構。這種髮夾結構對miRNA的功能非常重要,因為它使得miRNA能夠被細胞內特定的酶識別和加工,進而參與對目標mRNA的調節作用。

所以miRNA廣泛存在於生物體內。但是,到底一開始miRNA是怎麼產生的?最近赫爾辛基大學的發現,提供了一些有趣的資訊。

研究團隊透過數據分析和進化重建的複雜過程,發現了DNA複製中的模板切換突變(TSM)。他們收集並比對了多種物種中的miRNA基因序列,特別關注存在於人類的序列。透過比較不同物種間的親子序列對,他們辨認出TSM比傳統突變更能合理解釋觀察到的複雜序列差異。

模板切換突變(Template Switching Mutation, TSM)是一種DNA複製相關的突變機制。在DNA複製過程中,當DNA聚合酶遇到損傷或障礙時,新合成的DNA鏈可能會暫時脫離原來的模板鏈,並與相對的另一條鏈進行配對。這個過程可能導致新合成的DNA鏈在短暫切換到另一條鏈後,再回到原來的模板上繼續複製。這種突變可以在單次事件中引入複雜的序列變化,並創造完美的基底配對,用於整個髮夾結構的形成。

研究團隊指出,模板切換突變在靈長類動物進化中扮演了重要角色,促成了大量適合的髮夾結構,進而生成至少18個新的人類miRNA基因。這項發現顯示了TSM在基因創新和遺傳信息重組方面的重要作用,並暗示了這種機制在迅速適應環境變化中的潛在重要性。

參考文獻:

Generation of de novo miRNAs from template switching during DNA replication PNAS. https://doi.org/10.1073/pnas.2310752120

2023年12月8日 星期五

細菌游泳大賽

 

作者:ChatGPT

有些細菌是有鞭毛的,也就是說,它們會游泳。

但是,細菌有大有小,鞭毛有多有少,如果舉行一場細菌游泳大賽,到底誰會贏呢?

通常我們會認為細菌的體型越大,由於受到更多的阻力,它們的游泳速度會越慢...所以,小的贏?

來自美國的研究團隊,對這個大哉問非常感興趣,所以他們就使用了大腸桿菌(Escherichia coli)作為研究對象。研究人員通過觀察不同大小的大腸桿菌(從2微米到6微米),把它們放置在封閉的PDMS微通道中,以高速攝影機測量它們在流體中的游泳速度,來分析體型與游泳速度的關聯。

實驗在22°C下進行,並在將細菌注入微通道後的15分鐘內完成測量,以確保細菌的游泳活動性在實驗過程中保持一致。

研究團隊發現,儘管細菌的體型增大會增加流體阻力,但由於大的細菌會長出更多的鞭毛,這些鞭毛能夠更快速地旋轉,從而保持了穩定的游泳速度,所以大家游泳的速度都差不多。這項研究提供了對於細菌鞭毛運動和生物物理學的新見解。

參考文獻:

Multiflagellarity leads to the size-independent swimming speedof peritrichous bacteria. PNAS. https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2310952120

2023年12月7日 星期四

只要10毫升血,就可以知道你個別的器官有多老

 

作者:ChatGPT

大家都喜歡上網做測驗,看看自己的「心智年齡」有多老。往往會看到一些朋友在臉書上炫耀自己的測驗結果,說我是「人老心不老」。

最近,有個研究團隊開發了一個方法,只要取10毫升血,就可以知道你個別的器官有多老。

聽起來很像《惡血》?不過看起來並不像。

首先,10毫升的全血會被收集在含有乙二胺四乙酸(EDTA)的試管中,然後以3000轉/分鐘的速度離心10分鐘,以分離出血漿,留下約1厘米厚的血漿層在白細胞層之上,並且小心不擾動白細胞層,以避免細胞污染。

接著,血漿會被拿去分析許多不同的蛋白質,然後用電腦模型去分析這些蛋白質含量所代表的意義。

研究團隊為了建立這個電腦模型,他們找了Knight-ADRC的1398名健康參與者,分析他們的血漿中的4979種蛋白質。根據人類蛋白質圖譜所提出的定義,他們特別關注被稱為「器官豐富」的蛋白質,這些蛋白質在某一器官中的表達量至少是其他任何器官的四倍。研究中發現,有18%的蛋白質符合這個定義,其中大腦來源的蛋白質數量最多。這些蛋白質被用來訓練模型,以預測器官的衰老程度。

然後,研究團隊在其他四個獨立的人群中進行了測試。這些人群包括Covance(1029名)、LonGenity(962名)、SAMS(192名)、Stanford-ADRC(420名)。

他們發現,評估大腦衰老程度需要49種蛋白質,其中47種在人類大腦單細胞RNA定序(scRNA-seq)數據中可以被檢測到。模型中權重最大的蛋白質包括與神經突觸相關的蛋白質,如complexin 1 (CPLX1)、complexin 2 (CPLX2)、neurexin 3 (NRXN3)、stathmin 2 (STMN2) 和 olfactomedin 1 (OLFM1)。

而心臟衰老模型涉及的關鍵蛋白質則包括心肌細胞主要表達的蛋白質,以及與心臟生物學和疾病密切相關的蛋白質。例如,pro-brain natriuretic peptide (NPPB) 和 troponin T (TNNT2) 在心臟衰老模型中具有最強的權重。

至於腎臟衰老模型,則包括一些在腎臟細胞類型中高度表達且與腎臟生物學和疾病有關的蛋白質。重要的腎臟衰老蛋白質包括renin (REN)、klotho (KL)、uromodulin (UMOD) 和 kidney associated antigen 1 (KAAG1)。

有意思的是,脂肪組織衰老模型只需要五種蛋白質就可以評估了。

建立這個測試,可以幫助我們瞭解自己的器官有多老,也可以預測未來哪個器官可能會先「故障」,給我們帶來問題。當然,我們在取得這些資料以後,也可以尋求專業建議,看看有什麼方法可以延緩特定器官的衰老,讓自己生活的品質好一點。

參考文獻:

Oh, H.SH., Rutledge, J., Nachun, D. et al. Organ aging signatures in the plasma proteome track health and disease. Nature 624, 164–172 (2023). https://doi.org/10.1038/s41586-023-06802-1

2023年12月6日 星期三

斑馬魚(zebrafish)耳朵對噪音的高度敏感性

 

作者:ChatGPT


斑馬魚(Danio rerio)是一種常見的小型熱帶魚,不僅在外觀上迷人,還在科學研究上貢獻很大。最近的一項研究發現了這些小魚如何對聲音反應,尤其是當它們暴露在噪音之下時。

我們的耳朵有助於聽覺和平衡,而斑馬魚的耳朵也一樣。人的耳朵有三塊聽小骨,分別是鎚骨、砧骨及鐙骨。在斑馬魚的耳朵中,也有三個耳石器官:utricle、saccule和lagena,這些部分充滿了微小而敏感的毛細胞,這些細胞可以感知聲音和運動。

研究團隊認為斑馬魚的saccule是主要的聽覺器官,因此更容易受到噪音的傷害,而lagena因為它與saccule相連,可能也具有聽覺功能,而utricle主要功能是平衡感知。研究人員將斑馬魚暴露在168分貝的連續白噪音中24小時,然後觀察三種耳石器官的感覺上皮細胞(hair cells)的損失情況。

結果顯示,saccule和lagena部分的毛細胞受到了嚴重損害,而utricle部分則沒有受到太大影響。噪音暴露導致saccule的毛細胞的顯著損失,平均減少了31%至57%。這種損失在saccule的不同區域之間沒有顯著差異,意味著整個saccule均受到了影響。相比之下,lagena的損傷較輕,毛細胞損失約為21%至23%。這顯示lagena對噪音的敏感性較saccule為低。與saccule和lagena相比,utricle並未顯示出因噪音引起的顯著毛細胞損失。

這一發現令人驚訝,因為它說明了斑馬魚的耳朵某些部分對噪音非常敏感。這不僅幫助我們理解魚類如何聽到和感知周圍的世界,還可能幫助我們釐清人類聽力損失的秘密。這項研究證明了即使是弱小的生物如斑馬魚也可能對環境變化有驚人的敏感性,並提醒我們要注意我們的生活環境,以及它是如何影響所有生物的。

參考文獻:

Journal of Experimental Biology (2023) 226, jeb245992. doi:10.1242/jeb.245992

2023年12月5日 星期二

一億多年前的公蚊子可能也會吸血!

 

現代雌雄蚊子的口器。圖片來源:WUSF

蚊子(mosquito)是一種小型飛行昆蟲,屬於雙翅目蚊科。它們在全球範圍內分布廣泛,特別是在熱帶和亞熱帶地區。蚊子的適應能力很強,能在多種不同的環境中生存。

對我們來說,蚊子就只是一種討厭的存在。很多人一看到蚊子就出手打,但其實它們在生態系統中的角色十分重要,蚊子不只是供許多其他動物的食物而已,牠們還在花粉傳播中扮演一定的角色。然而,由於它們傳播疾病的能力,蚊子也是公共衛生工作中的重要關注對象。

科學家認為早期的蚊子應該不會吸血,而是以吸食花蜜維生。到底什麼時候蚊子開始吸血,這需要更多的化石證據來幫助科學家們找出答案。但是,要能留下化石,需要「天時、地利、人和」。

最近,科學家在黎巴嫩的下白堊紀琥珀中發現了迄今為止最早的蚊子化石。發現的地區是在黎巴嫩中部的Mdeirij-Hammana 出露處(Mdeirij-Hammana outcrop),該地位於巴卜達區(Caza Baabda)的中心地帶,海拔大約1340公尺。

這些化石屬於兩隻雄性蚊子(Libanoculex intermedius),其口器特徵表明它們可能具有吸血的能力。現代的雌雄蚊子口器形狀已經有明顯的不同,雄性的口器更適合吸食花蜜,雌性的則有利於刺穿皮膚吸血。

這項研究擴展了我們對蚊子家族演化歷史的了解,並且顯示了這些早期蚊子的獨特生物學特徵。究竟什麼時候雄性蚊子「又」失去了吸血的能力,這大概需要更多的研究來幫忙解謎吧。

參考文獻:

Dany Azar et al. 2023. The earliest fossil mosquito. Current Biology 33 (23): 5240-5246; doi: 10.1016/j.cub.2023.10.047

2023年12月4日 星期一

打針(injection)不會痛即將實現?

作者:ChatGPT

大家一定都討厭打針。我記得自己小的時候,因為每次去小兒科診所就是打針,結果我不得不經過診所時,都會特別繞出去,想辦法離得越遠越好。

打針不止很痛,為了衛生與安全的考量,針頭與針筒都只能用一次。用後還得消毒、丟棄。平常常規的兒童疫苗注射也就算了,但最近這一波COVID-19疫情,消耗的針頭與針筒的數量有多少呢?根據Our World in Data、世界衛生組織(WHO)、維基百科,全球為了COVID-19,已經接種了約13.53億劑COVID-19疫苗。

這麼多的針頭和針筒,對地球所造成的生態負擔也是極大的。如果可以不用針筒注射,應該就可以避免這些吧?當然,如果可以不痛,會更好!

在2023年12月4日於澳大利亞雪梨的聲學2023會議上,來自牛津大學的鄧恩-羅勒斯( Darcy Dunn-Lawless)發表了一項研究:使用超音波注射疫苗。他們的研究顯示,疫苗可以通過超音波透過皮膚傳遞。這種方法不但不會損壞皮膚,且消除了使用會讓人疼痛的針的需要。

為了創造無針疫苗,研究團隊先將疫苗分子與微小的杯狀蛋白混合。然後,他們將液體混合物應用於小鼠的皮膚,並將其暴露於超音波下 - 就像用於超音波掃描的那樣 - 大約一分半鐘。

一開始,超音波將混合物推入皮膚的上層,蛋白的形狀使得充滿疫苗的氣泡形成。隨著超音波不斷擊打皮膚,這些氣泡破裂並釋放疫苗。氣泡破裂還「順便」清除了一些死皮細胞,使皮膚更加透氣,允許越來越多的疫苗分子穿透。

針劑將疫苗分子推入皮下肌肉層,而超音波技術僅將疫苗傳遞到皮膚的上層。但鄧恩-羅勒斯表示,這個更淺的過程對免疫來說是足夠的。

在對小鼠的測試中,研究團隊發現,雖然超音波方法傳遞的疫苗分子比傳統針劑少700倍,但動物卻產生了更多抗體。研究團隊表示,小鼠沒有表現出疼痛的跡象,且它們的皮膚也沒有可見的損傷。抗體產量增加可能是因為皮膚中的免疫細胞比肌肉中的多,但研究人員仍在研究中。

澳大利亞雪梨大學的凱特·愛德華茲表示,無針疫苗可以降低一些人接種疫苗的門檻,但需要更多有關該方法在人類中安全性的數據,以便廣泛使用。(筆者:一分半鐘好像有點太久了,這樣打疫苗要等更久...)

關於新疫苗方法的可靠性仍有疑問。鄧恩-羅勒斯表示,皮膚內的氣泡破裂可能是不可預測的 - 它可能不均勻地釋放疫苗分子或釋放不可預測的量。希望未來這個技術可以成真,而且最好是30秒內就可以完成,這樣無痛打針的夢想就真的實現了。

參考文獻:

Karmela Padavic-Callaghan. 2023/12/4.Ultrasound can push vaccines into the body without needles. New Scientists.


2023年12月3日 星期日

創傷與悲傷不同,腦區也不一樣

 

作者:ChatGPT

在電影裡,很常看到在呈現創傷後壓力症候群(PTSD)病人,當他 被某些事件引發他回憶起他的創傷事件時,他會出現非常痛苦的反應。這在真實世界也是一樣的,但是,究竟這些創傷事件是否真的對患者是不一樣的?

最近的研究發現,創傷後壓力症候群患者對創傷性和悲傷的自傳式記憶在大腦中的表現,的確是有差異的。

在發表於《自然神經科學》(Nature Neuroscience)的研究報告中,研究團隊比較了 PTSD 患者對於自己的創傷性記憶、悲傷記憶,以及平靜正面記憶的反應。

研究團隊招募了28位 PTSD 患者參與了功能性磁振造影(fMRI)掃描,在掃描期間他們聆聽與自己的創傷、悲傷或平靜經歷相關的錄音。這些記憶被分別製成約 120 秒的錄音片段。

研究者使用了文字嵌入(word embedding)技術來分析語言內容的相似性。這個技術可以量化不同敘述間語義的距離。他們發現,創傷性和悲傷性敘述在語義空間中形成了重疊的群組,而平靜的敘述則在不同的部分。

為了確保結果的準確性,研究團隊進行了多項控制分析。這包括檢查聲音刺激的低層次聲學特性是否影響了結果,以及比較不同條件下海馬區的神經活動是否有差異。這些分析確保研究結果不是由這些潛在因素所影響。

研究結果顯示,創傷性記憶與悲傷記憶在海馬區的神經表現有明顯差異。對於悲傷記憶,語義相似性與神經相似性呈正相關,但在創傷性記憶中卻沒有這樣的關聯。此外,研究也發現杏仁核在處理這兩種記憶時並沒有顯著的語義與神經連結。至於後扣帶皮質(PCC),在處理這兩種記憶時也未顯示出與語義內容有關的神經模式。

這項研究的結果表明,創傷性記憶在大腦中的表現與一般悲傷記憶不同。尤其是在海馬區的神經活動方面,創傷性記憶似乎具有獨特的特徵。這項發現有助於我們更好地理解 PTSD 和記憶處理之間的關係。

參考文獻:

Perl, O., Duek, O., Kulkarni, K.R. et al. Neural patterns differentiate traumatic from sad autobiographical memories in PTSD. Nat Neurosci 26, 2226–2236 (2023). https://doi.org/10.1038/s41593-023-01483-5

論文出版以後有多少人看?

 

作者:ChatGPT

身為在大學任教的科普作者,我還有另一個任務就是幫我任教的大學寫推廣科普。

我自己是覺得這個任務蠻有趣,畢竟可以瞭解同仁們都在做什麼,有些人研究的東西真的是遠遠超出我能理解的範圍,還好現在有AI可以幫忙,不然我還真的沒辦法寫。

但是也有同仁完全不認同科普這個概念。不認同的可以分成好幾種,有些是一開始就很乾脆的拒絕,告訴我沒必要;有些則是完全不回信;也有的是覺得用科普的形式來介紹他的研究是不恰當的,因為科學是嚴肅的,不應該這樣表達。

所以,我就想來看看到底期刊論文出版後會有多少人看。

在自己google無果後,我請我可愛的「助理690」幫忙查,然後他告訴我:

「PlosOne 的統計數據提供了一個非常粗略的指導,表明每篇文章的平均閱覽量大約是每年800次」

但是他附的連結裡面引用的PlosOne連結已經失效了。

然後他引用了一篇Smithsonian的文章,裡面提到「大約50%的學術論文僅被作者、審稿人和期刊編輯閱讀。此外,據報導,約90%的學術論文從未被其他論文引用」但是這篇文章裡面引用的連結已經失效了。

好吧,既然是Smithsonian的文章,我們就相信它。

後來我想想,那麼有多少期刊論文在出版後會被引用呢?

於是我再度上網查了一下。

這次我查到一篇2015年的部落格文,裡面說如果有被引用一次,就已經很厲害了。事實上,在被引用的文獻中,只有24%是被引用十次或以上的。

另外還查到一篇論文,裡面提到引用其實很看學術類別的,有些類別如一般內科、周邊血管病、細胞組織工程、過敏症和演化生物學,引用次數多於文章數;而細胞組織工程、男性學(andrology)和數學心理學被引用的次數是其文章數的三倍以上。真驚人。但是數學、護理、宗教、歷史、人文和文學中,引用次數則顯著少於文章數。

好吧,寫了這麼多,到底我想說什麼?

其實絕大部分的民眾是不會去看學術論文的,因為太難懂了。科普的任務就是要把難懂的東西變得比較容易懂,在轉化的過程中難免會有不盡如人意的部分。

但如果想要多一點人對你做的事感興趣,甚至進一步說,認同你的貢獻,或許「科普」就是不得不做的事吧。

參考文獻:

Rose Eveleth. 2014/3/25. Academics Write Papers Arguing Over How Many People Read (And Cite) Their Papers. Smithsonian.

Patience GS, Patience CA, Blais B, Bertrand F. Citation analysis of scientific categories. Heliyon. 2017 May 10;3(5):e00300. doi: 10.1016/j.heliyon.2017.e00300. Erratum in: Heliyon. 2019 Mar 20;5(3):e01243. PMID: 28560354; PMCID: PMC5446096.

2023年12月2日 星期六

皮膚利什曼病(Cutaneous leishmaniasis)為什麼不會痛?

 

皮膚利什曼病。圖片來源:維基百科

利什曼病(leishmaniasis)是一種由寄生蟲(利什曼原蟲,Leishmania)引起的疾病,常見於熱帶和亞熱帶地區,主要通過過被稱為沙蠅(sandflies)的昆蟲叮咬傳播。利什曼病可以分為幾種不同的類型,包括皮膚利什曼病(Cutaneous leishmaniasis, CL)、黏膜利什曼病和內臟利什曼病,其嚴重程度和症狀因受感染的利什曼原蟲種類及感染部位的不同而異。皮膚利什曼病會出現皮膚潰瘍、黏膜利什曼病皮膚、鼻子上會出現潰瘍、內臟利什曼病則從皮膚潰瘍開始,後來會發燒、紅血球數量下降,以及肝脾腫大。內臟利什曼病又被稱為黑熱病。

皮膚利什曼病有一個特殊的現象:儘管患者的皮膚會出現嚴重的損傷,但他們卻幾乎不感到疼痛。科學家們對這個現象感到好奇,於是進行了深入研究。他們使用了小鼠為模型,將牠感染L. mexicana。研究團隊對小鼠進行代謝物體學分析,發現了一些特定的抗痛覺的代謝途徑被活化,包括嘌呤代謝物(如黃嘌呤、次黃嘌呤和肌苷)的增加,這些物質通過作用於腺苷受體、抑制TRPV1通道和促進IL-10的產生而展現出抗炎和鎮痛的性質。

此外,研究還發現另一種化學物質——花生酸在感染部位的含量也增加了。花生酸是內源性大麻素(如阿納米特 Anandamide 和2-花生酸甘油酯)的代謝物,這些大麻素也能透過作用於大麻素受體1和2以及TRPV1通道來產生抗炎和鎮痛效應。

這項研究不僅揭示了利什曼病疼痛感缺失的可能原因,還提供證據顯示在L. mexicana感染過程中,小鼠的一些代謝途徑被上調,這些途徑在分子層面上已知具有抗痛覺效應,這可能解釋了受感染個體為什麼會經歷這種無痛的現象。然而,這些與鎮痛相關的代謝物的生物活性仍需在適當的實驗模型中得到驗證。這項研究也為未來的治療方法提供了新的思路。但是,要確定這些發現在人類身上是否同樣有效,還需要進行更多的研究和實驗。

參考文獻:

Greta Volpedo, Timur Oljuskin, Blake Cox, Yulian Mercado, Candice Askwith, Nazli Azodi, Matthew Bernier, Hira L. Nakhasi, Sreenivas Gannavaram, Abhay R. Satoskar. Leishmania mexicana Promotes Pain-reducing Metabolomic Reprogramming In Cutaneous Lesions. iScience, 2023; 108502 DOI: 10.1016/j.isci.2023.108502

2023年11月30日 星期四

為什麼同性戀基因一直存在?

 

圖片:ChatGPT

在我們的社會和自然界中,同性性行為(SSB)是一個常見現象,但從進化的角度來看,它似乎是一個謎。一般而言,進化會促使那些有助於繁衍後代的特徵得以保留,而SSB在表面上看似與此相悖。然而,最近由Zietsch等人於2021年發表的研究發現了一個驚人的解釋。

這項研究使用了來自英國生物銀行(UK Biobank)的數據,涵蓋約500,000名參與者,他們出生於1934年至1971年間,年齡在評估時介於37至73歲。研究團隊從414,751名通過基因資料品質控制並回答了與性行為相關問題的參與者中獲得數據。這些數據包括兩個方面:一是與異性有性行為的對象的總數,二是同性性行為(SSB)的經歷。最終,研究中使用了162,183名男性和196,243名女性的數據來分析與異性性伴侶的數量相關的現象,以及188,825名男性和220,170名女性的數據來分析同性性行為的經歷。

研究團隊通過分析基因數據發現,雖然SSB自身可能不直接增加個體的生殖機會,但與SSB相關的基因在僅與異性交配的人(OSB)中實際上可能提供了某種交配優勢。

根據分析結果,發現同性性行為(SSB)與一些性格特質有關,特別是開放性(openness to experience)和冒險行為(risk-taking behaviour)。這些性格特質與SSB之間存在正的相關性。

數據顯示,開放性在男性和女性中與SSB的基因相關性分別為0.135和0.312,而冒險行為在男性和女性中與SSB的基因相關性分別為0.224和0.402。這些發現顯示,與SSB相關的基因變異也可能與個體的開放性和冒險行為特質相關。

這意味著,即使這些基因促使一部分人表現出SSB行為,它們也可能在其他人身上產生正面的生殖效果,從而在人群中被保留下來。

這項研究不僅挑戰了我們對性行為進化的傳統理解,也為SSB在自然界廣泛存在提供了一個合理的解釋。它提醒我們,自然和進化是複雜且多面的,並非所有行為都能直接從其表面的生殖價值來理解。

參考文獻:

Zietsch, B.P., Sidari, M.J., Abdellaoui, A. et al. Genomic evidence consistent with antagonistic pleiotropy may help explain the evolutionary maintenance of same-sex sexual behaviour in humans. Nat Hum Behav 5, 1251–1258 (2021). https://doi.org/10.1038/s41562-021-01168-8

2023年11月29日 星期三

探索味覺的秘密 - OTOP1 離子通道與氯化銨的味道

 

瑞典的鹹甘草糖。圖片來源:維基百科

氯化銨(NH4Cl)是一種我們生活中常見的化合物,它有著獨特的味道,通常被描述為苦、鹹和微酸的結合。這種味道對許多人來說可能有點令人反感,但在某些文化中,像是斯堪的納維亞,添加了氯化銨的甘草糖果(鹹甘草糖,salty licorice)卻非常受歡迎。

科學家們最近發現了一種稱為OTOP1的離子通道,這個通道在我們的味蕾中扮演著重要的角色。味蕾是位於舌頭上的微小器官,負責感知食物的味道。OTOP1專門存在於一類呼叫「第三型味蕾細胞」(Type III TRCs)中,這些細胞主要負責感知酸味。

當我們吃到含有氯化銨的食物時,OTOP1通道會被活化,傳遞出信號。這個過程與其它味道的感知有所不同,因為氯化銨會與舌頭上的OTOP1產生特殊的化學反應。這種反應讓我們能夠感知到氯化銨特有的味道。

為什麼要感知氯化銨的味道呢?原來高氨血症(hyperammonemia)是會造成腦損傷、甚至可以致命的疾病,所以要避免吃太多含銨的食物當然是必要的。

科學家透過一系列的實驗觀察到,當去除了老鼠味蕾中的OTOP1通道後,它們對氯化銨的味道幾乎沒有反應。這個發現證明了OTOP1在感知氯化銨味道中的核心作用。

這項研究不僅幫助我們更好地理解味覺的工作原理,還可能對食品科學領域產生影響。了解不同食物成分如何影響我們的味覺,可以幫助我們開發出更符合人們口味的健康食品。

氯化銨與OTOP1的研究為我們揭示了味覺世界的一個小秘密。這種微妙且複雜的感知過程不僅增進了我們對基本生理機能的了解,也提醒我們即使是日常生活中最普通的事物,都蘊含著令人驚奇的科學奧秘。

參考文獻:

Liang, Z., Wilson, C.E., Teng, B. et al. The proton channel OTOP1 is a sensor for the taste of ammonium chloride. Nat Commun 14, 6194 (2023). https://doi.org/10.1038/s41467-023-41637-4

2023年11月28日 星期二

金黃葡萄球菌(S. aureus)為何會讓我們癢癢?

 

圖片來源:ChatGPT

皮膚癢是一種常見現象,它可能導致我們不自覺地搔抓,進而造成皮膚損傷,增加感染的風險。最近的研究發現,金黃色葡萄球菌(Staphylococcus aureus)是導致這種狀況的重要原因之一。

金黃色葡萄球菌是一種常見的格蘭氏陽性細菌,它能夠分泌一種特殊的蛋白酶,稱為V8蛋白酶。研究發現,這種蛋白酶可以直接作用於我們神經細胞上的PAR1受體,進而引起皮膚癢感和隨之而來的搔抓行為。

V8是金黃色葡萄球菌的一種主要毒力因子,對角質細胞造成損害。V8蛋白酶被認為是一種絲氨酸蛋白酶,專門在麩胺酸之後進行切割,在某些情況下也能在天冬酰胺酸之後進行切割。對健康成人和異位性皮膚炎(AD)患者的皮膚進行了金黃色葡萄球菌的毒力因子分析,並在健康和AD皮膚樣本中檢測到sspA 的信息RNA(V8 mRNA)。幾乎所有的金黃色葡萄球菌菌株都包含sspA基因。

當金黃色葡萄球菌接觸皮膚時,V8蛋白酶能夠通過切割PAR1的細胞外N端來活化它,從而引發受體的活化,導致癢感。人們由於癢感而搔抓皮膚,這會進一步損傷皮膚,增加炎症和感染的風險。科學家通過實驗證明,抑制這種V8蛋白酶或其作用的受體PAR1,可以有效減少由金黃色葡萄球菌引起的皮膚癢感和搔抓傷害。

這項研究不僅幫助我們更好地理解皮膚癢感的成因,也為開發新的治療皮膚疾病的方法提供了可能。例如,針對V8蛋白酶或PAR1受體的藥物,如絲氨酸蛋白酶抑制劑TLCK或PAR1拮抗劑vorapaxar、SCH79797,都可以達成止癢的效果。這些藥物未來可能成為治療某些皮膚病,如異位性皮膚炎的有效方法。

總而言之,這項研究顯示了一條新的皮膚癢感和搔抓傷害的生物學途徑,為未來的皮膚疾病治療提供了新的思路和目標。

參考文獻:

Deng L, Costa F, Blake KJ, Choi S, Chandrabalan A, Yousuf MS, Shiers S, Dubreuil D, Vega-Mendoza D, Rolland C, Deraison C, Voisin T, Bagood MD, Wesemann L, Frey AM, Palumbo JS, Wainger BJ, Gallo RL, Leyva-Castillo JM, Vergnolle N, Price TJ, Ramachandran R, Horswill AR, Chiu IM. S. aureus drives itch and scratch-induced skin damage through a V8 protease-PAR1 axis. Cell. 2023 Nov 22;186(24):5375-5393.e25. doi: 10.1016/j.cell.2023.10.019. PMID: 37995657; PMCID: PMC10669764.

2023年11月27日 星期一

共感觀(synaesthesia)與自閉症:雙胞胎研究揭示的遺傳和環境之謎

 

圖片來源:維基百科

你有沒有想過,對某些人來說,聲音或字母會引發特定的顏色感覺?這種稱為共感觀(synaesthesia)的珍稀現象在自閉症光譜上的人中更為常見。想像一下,當一個人聽到音樂或看到特定的字母時,他們的腦海中浮現出特定的顏色。這不僅是一種獨特的感官體驗,也是科學家探索遺傳和環境如何影響我們感知世界方式的關鍵。

為了更深入理解這一現象,科學家進行了一項雙胞胎研究。

研究團隊主要對雙胞胎進行了一系列的評估和問卷調查,以瞭解共感觀(synaesthesia)和自閉症特徵在遺傳和環境因素方面的關聯。以下是該實驗的主要步驟:

研究團隊選擇了一群雙胞胎參與者,包括同卵和異卵雙胞胎。這是因為同卵雙胞胎擁有完全相同的遺傳資料,而異卵雙胞胎則和普通兄弟姐妹一樣,只共享一半的遺傳資料。這樣的對比有助於研究遺傳和環境因素對共感觀和自閉症特徵的影響。

總共有658對同卵雙胞胎(包括413對女性和245對男性雙胞胎)參與。異卵雙胞胎方面,有765對同性別的異卵雙胞胎(490對女性和275對男性)以及708對異性別的異卵雙胞胎參與研究。

研究團隊透過問卷和評估工具來確定參與者是否經歷共感觀,以及他們是否展現自閉症光譜上的特徵。共感觀的評估可能包括詢問參與者是否將聲音、字母或數字與特定的顏色聯繫在一起。自閉症特徵的評估則可能包括社交交往、溝通能力和重複行為等方面的問題。

研究團隊使用了一份專門設計的問卷來篩選共感觀的類型。這份問卷包括了八種相對常見的共感觀類型,並且每種類型都附有具體的例子。具體來說,這些問題包括了四種序列-顏色共感觀,即字母-顏色、數字-顏色、星期-顏色和月份-顏色共感觀。此外,篩選還涵蓋了聽覺-視覺共感觀(例如音樂或噪音引發的視覺體驗)。

研究團隊使用統計方法來分析數據,尤其是評估共感觀和自閉症特徵在雙胞胎間的相似性程度。這包括比較同卵和異卵雙胞胎在這些特徵上的相似性,從而推斷遺傳因素和環境因素的影響力。

最後,研究團隊根據他們的發現來解釋共感觀和自閉症特徵之間的可能聯繫。他們特別關注遺傳和環境因素如何單獨或共同影響這些現象。

研究團隊發現,共感觀的出現不僅與遺傳有關,也受到環境的影響。這意味著,即使是遺傳相同的雙胞胎,一個可能會有共感觀,而另一個則可能不會。

分析結果發現

共感觀篩選得分與總體自閉症特徵之間的表型相關性為0.17 (95% CI: 0.13–0.20);與重複行為、受限興趣和對細節的注意 (RRBI-D) 子領域的相關性為0.19 (95% CI: 0.17–0.22);而與社交互動和溝通困難 (SIC) 子領域的相關性較小,為0.09 (95% CI: 0.06–0.13)。

共感觀篩選得分與總體自閉症特徵之間的遺傳相關性為0.26 (95% CI: 0.17–0.36),與RRBI-D 子領域的遺傳相關性為0.34 (95% CI: 0.23–0.45),與SIC 子領域的遺傳相關性為0.18 (95% CI: 0.08–0.28)。

共感觀篩選得分與總體自閉症特徵之間的非共享環境相關性為0.09 (95% CI: 0.02–0.15),與RRBI-D 子領域的非共享環境相關性為0.09 (95% CI: 0.02–0.16),與SIC 子領域的非共享環境相關性較小,為0.02 (95% CI: −0.05–0.09)。

這些結果顯示共感觀和自閉症特徵之間存在顯著的聯繫,且這種聯繫在很大程度上是由遺傳因素驅動的。特別是,共感觀和RRBI-D 子領域*之間的聯繫更強,表明非社交自閉症特徵(如對細節的關注)與共感觀之間可能存在更強的遺傳相關性。

這項研究不僅提供了對共感觀和自閉症關係的新見解,也為未來對這兩種條件的研究開啟了新的大門。通過了解共感觀和自閉症之間的聯繫,我們不僅能更好地理解這些複雜的感知經驗,也能更深入地探索人類大腦的奧秘。

參考文獻:

Taylor MJ, van Leeuwen TM, Kuja-Halkola R, Lundström S, Larsson H, Lichtenstein P, Bölte S, Neufeld J. 2023 Genetic and environmental architecture of synaesthesia and its association with the autism spectrum—a twin study. Proc. R. Soc. B 290: 20231888. https://doi.org/10.1098/rspb.2023.1888

*RRBI-D子領域指的是自閉症評估中的「重複行為、受限興趣和對細節的注意」(Repetitive Behaviours, Restricted Interests, and Attention to Detail)子領域。這一子領域是專門用來評估與自閉症相關的特定行為和特徵的。它包括以下幾個方面:

重複行為:指那些經常重複、刻板的動作或行為,例如搖晃身體、擺弄手指、重複相同的動作等。

受限興趣:指對特定領域或活動的異常強烈或專一的興趣,這些興趣通常非常狹窄,並且受到個體極大的關注。

對細節的注意:涉及對細節的過度關注或對細微差別的異常敏感,這可能影響個體的日常功能。

在自閉症評估中,RRBI-D子領域是非常重要的部分,因為這些特徵在自閉症光譜障礙(ASD)的診斷中扮演了重要角色。這些特徵有助於從行為和認知方面更全面地理解自閉症光譜障礙的個體差異。

2023年11月25日 星期六

SYNGAP1以及它在大腦發育中的非突觸作用

 

自閉症患者的重複行為。
圖片來源:維基百科

自閉症類群障礙(ASD)是一個複雜的疾病,患者可以從只有社交障礙到生活無法自理。它牽涉到的基因也非常複雜。

最近的研究,研究了一個與自閉症類群障礙相關的基因——SYNGAP1,以及它在大腦發育中的非突觸作用。過去的研究發現,SYNGAP1是ASD中一個重要的遺傳風險因素,它通常與突觸功能有關。SYNGAP1在人類基底膠質細胞(hRGCs)的頂端區域表達,這是一種在大腦皮質神經發生中起重要作用的細胞類型。

人類基底膠質細胞(hRGCs),也稱為人類徑向膠質細胞,是大腦發育中極其重要的一種細胞。hRGCs在大腦皮層的發育過程中發揮多種關鍵功能:

1. 神經元產生:hRGCs是神經前體細胞,負責產生新的神經元。在大腦發育的早期階段,它們通過細胞分裂產生新的神經細胞,這些神經細胞隨後成熟並形成大腦的不同部分。

2. 引導神經元遷移:hRGCs擁有很長的細胞突起,這些突起從大腦的內部區域(如腦室壁)延伸到外部區域。新生的神經元沿著這些徑向纖維遷移,到達它們在大腦皮層中的最終位置。

3. 皮層層次結構的形成:通過控制神經元的產生和遷移,hRGCs對於大腦皮層的層次結構形成非常重要。不同類型的神經元在不同的時間被產生,並遷移到皮層的不同層次,形成了大腦的複雜結構。

4. 大腦大小和複雜性:人類基底膠質細胞與其他哺乳動物相比有一些獨特的特徵,這被認為是人類大腦特別大和複雜的原因之一。例如,hRGCs在人類中比在小鼠等其他哺乳動物中更多、更活躍,這有助於形成更多的神經元和更複雜的大腦結構。

5. 大腦發育的調控:hRGCs在大腦發育過程中不僅僅是「生產工廠」,它們還通過各種信號途徑調控神經元的產生和分化,影響大腦的整體發育。

總之,hRGCs在人類大腦發育中扮演著極為重要的角色,從神經元的產生和遷移到大腦結構的形成,它們的功能對大腦的健康和疾病狀態有深遠的影響。

研究團隊使用了來自帶有SYNGAP1突變的一位患者的細胞,將其誘導產生了多能幹細胞(iPSC)系,建立了一種早期皮質類器官模型。這位患者有智力障礙、發育遲緩、自閉症特徵和癲癇。控制組是該患者對應的基因編輯修正的對照細胞。

研究團隊發現SYNGAP1功能不全時,人類基底膠質細胞的分裂方式會受到影響。

在正常情況下,人類基底膠質細胞(hRGCs)的細胞分裂過程是精確調控的,以確保大腦皮層的正確發育和組織結構。這包括對分裂平面——即細胞在分裂時切割自身的方向——的控制。

正常情況下,在大腦發育的早期階段,hRGCs通過稱為「對稱分裂」的方式分裂,以擴增自身數量。這時候的分裂平面通常是垂直於腦室壁的。這樣的分裂產生兩個相同的祖細胞,有助於維持神經幹細胞的總數。隨著發育的進展,hRGCs開始進行「不對稱分裂」,產生一個保持祖細胞特性的細胞和一個分化的神經元或中間前體細胞。在非對稱分裂中,分裂平面的方向通常是傾斜或水準的,這有助於神經元的分化和大腦皮層層次的形成。

缺少SYNGAP1會干擾這種精確的分裂過程。SYNGAP1的缺失導致了細胞骨架動力學的失調,這會影響hRGCs的分裂平面和方向。這種影響導致分裂平面的不規則,使得細胞分裂不再遵循正常的對稱或非對稱模式。這樣的變化導致神經元生成的不均勻性,以及大腦皮層結構和功能的異常。例如,不正常的細胞分裂可能導致新生成神經元的錯誤定位或數量異常,從而影響大腦皮層的正常發育和分層。

在正常情況下,分裂完後的新生神經元其定位和遷移是大腦發育中的一個精確且複雜的過程。人類基底膠質細胞(hRGCs)在這一過程中有著關鍵作用。

正常情況下的新生神經元會沿著hRGCs的徑向纖維向大腦皮層的外側遷移。隨著大腦發育,新生神經元在大腦皮層中找到適當的位置並形成特定的層次結構。

但是當缺少SYNGAP1時,新生神經元的正常遷移路徑會受到干擾。神經元可能無法沿著正確的徑向纖維遷移,或遷移速度和方向發生改變。這種遷移的干擾最終可能導致新生神經元在大腦皮層中的錯誤定位,影響皮層的結構和功能發育。

總的來說,這項研究表明,SYNGAP1基因不僅在突觸功能中發揮作用,還在大腦發育的早期階段中,通過影響基底膠質細胞的細胞骨架和分裂方式來發揮作用。這些發現強調了研究與神經發育障礙相關的基因在不同的人類細胞類型和發育階段中的重要性。

參考文獻:

Birtele, M., Del Dosso, A., Xu, T. et al. Non-synaptic function of the autism spectrum disorder-associated gene SYNGAP1 in cortical neurogenesis. Nat Neurosci (2023). https://doi.org/10.1038/s41593-023-01477-3

2023年11月23日 星期四

睡不好,工作就不起勁嗎?

 

圖片:ChatGPT

睡不好,工作就不起勁嗎?最近有一項日本研究發現,公司員工出勤率與睡眠關係很大。

研究團隊分析了2016年日本某公司12,476名員工(年齡21-69歲)的生活習慣資料,這些資料來自於特定健康檢查時自填的問卷。出勤率是利用世界衛生組織健康與工作表現問卷(HPQ)短表進行評估的。研究還分析了健康保險索賠資料。針對每個性別,使用HPQ分數作為目標變數,十一項生活習慣作為解釋變數,年齡、職位、部門和醫療治療作為調整變數,進行了多元回歸分析。

結果發現,兩性均顯示出勤率與生活習慣(如睡眠不足、缺乏規律運動和晚餐吃得過晚)之間的關聯。其中睡眠不足與出勤率的關聯最強。此外,出勤率還與男性的步行速度慢、目前吸煙、不吃早餐,以及女性的進食速度快。

所以睡眠不足、缺乏規律運動習慣和太晚吃晚餐對日本男女員工的出勤率非常重要。然而,與出勤率相關的其他生活習慣在男性和女性之間有所不同。與女性相比,男性表現出更多與出勤率相關的生活習慣。

參考文獻:

Tsuchida, M., Monma, T., Ozawa, S. et al. Relationships between lifestyle habits and presenteeism among Japanese employees. J Public Health (Berl.) (2023). https://doi.org/10.1007/s10389-023-02136-4

2023年11月22日 星期三

深海採礦(deep sea mining)對海洋生物的影響

 

頭盔水母。圖片來源:維基百科

當我們談論環境保護時,我們通常會想到森林、海洋或動物。但往往忽略了地球上一些最隱秘的角落——深海。深海是一個充滿神秘的地方,生活著許多我們鮮為人知的生物。

最近,科學家們進行了一項研究,來探討人類活動對這些深海生物的影響。他們特別關注了頭盔水母(Periphylla periphylla),來瞭解海洋暖化和深海開採活動對它們的影響。

頭盔水母,有時也稱為商帽水母,是一種深海發光的紅色水母,屬於刺胞動物門冠狀目。它是這一屬中唯一的物種,也是舟水母中生命週期缺乏水螅階段的罕見例子之一。頭盔水母的體長可達 30 公分(12 吋)。水母的平均濕重為540公克。這種水母生活在2700公尺深處,幾乎遍布世界每個海洋,以及挪威峽灣和地中海。唯一不知道它們棲息的海洋是北冰洋。它們也可以在冰島和格陵蘭海找到。本種具有畏光性,棲息在海洋較深處以避免光照。它可能會在漆黑的夜晚在地表被發現。

你可能會問:海洋暖化和深海開採活動跟頭盔水母有什麼關係?嗯,讓我們一步步來解釋。

首先,海洋暖化。我們都知道全球暖化是一個大問題,但你可能不知道,即使是深海中的水溫上升也會對那裡的生物造成影響。科學家發現,當水溫升高時,頭盔水母的代謝會上升。換句話說,它們需要消耗更多的能量來適應新的環境。這可能聽起來不是什麼大事,但對這些生物來說,這意味著它們需要更多的食物來維持生存。

研究團隊發現,當水溫上升四度時,水母的代謝活動顯著上調。這種代謝上調主要體現在氨排放和基因表達上,儘管氧氣消耗的增加趨勢在統計上不顯著。

具體來說,當頭盔水母暴露在 7.5 °C 和 9.5 °C 的溫度下時,其氨排放率與在沿海和表層海域發現的水母相似。然而,當暴露在 11.5 °C 的溫度下時,其氨排放率幾乎是前兩個溫度處理的兩倍。

這些數據表明,頭盔水母對較高溫度的反應在氨排放方面比其他水母更為敏感。這些變化可能與頭盔水母在代謝路徑上的調整有關,特別是在提高免疫力方面的代謝成本。

接著是深海開採活動。隨著技術的進步,人類開始探索和利用深海的資源,比如礦物。但這種活動會產生大量的沉積物雲塵,這對頭盔水母造成了壓力。科學家們發現,當這些水母暴露在沉積物雲塵中時,它們會產生大量的黏液來保護自己。這聽起來也許很簡單,但實際上,這是一個很耗能的過程。

在這項研究中,當水母暴露於不同濃度的懸浮沉積物下,其微生物群落結構出現了一些有趣的變化。以下是一些關鍵的觀察結果:

在第一輪實驗中,當水母暴露於最高濃度(333 mg L−1)的懸浮沉積物時,其微生物群落與其他處理組顯著不同。這表明,在高濃度沉積物的影響下,水母的微生物群落結構發生了改變。

在不同濃度(17、167、333 mg L−1)的懸浮沉積物處理中,水母的外部出現了獨特的微生物群落組成。這些組成主要包括 ActinobacteriotaBacteroidotaEuryarchaeotaFirmicutesFusobacteriotaProteobacteria 這些門類的微生物。

要注意的是,研究團隊在兩個不同的採樣日進行的實驗顯示,微生物群落結構的變化在不同的實驗階段有所不同。在第一輪實驗中,暴露於高濃度沉積物的水母展現了與其他處理組顯著不同的微生物群落,而在第二輪實驗中,不同處理組的水母則展現出較為相似的微生物群落結構。

這些發現顯示,懸浮沉積物對深海水母的微生物群落結構有明顯的短期影響,尤其是在高濃度的沉積物暴露下。然而,這些變化在不同的實驗階段和條件下有所不同,這可能反映了深海水母對這類環境壓力的適應和反應能力。

在2023年,深海採礦成為了國際間關注的熱門話題,許多國家在這一年對深海採礦進行了不同程度的參與和表態。至今,國際海底管理局(ISA)已經由14個國家發出31張探索許可證,其中包括中國、俄羅斯、南韓、印度、英國、法國、波蘭、巴西、日本、牙買加和比利時。中國是深海採礦的主要支持者,目前擁有由ISA發出的三個探索許可證,包括國有企業中國五礦集團​。但也有越來越多的國家呼籲暫時暫停深海採礦,這些國家擔心深海採礦可能對環境造成的影響,主張在進行更多科學研究之前暫停採礦活動。這些國家包括巴西、加拿大、哥斯達黎加、智利、芬蘭、德國、葡萄牙、瑞士和瓦努阿圖等共21個國家。或許這項研究,可以提供更多指引。

這項研究告訴我們,即使是深海這樣遙遠和隱秘的地方,人類的活動還是會對它們發生影響。我們需要更加關注我們的行為對地球上所有生命,包括那些我們看不見的深海生物的影響。這不僅僅是為了這些生物本身,更是為了我們整個地球生態系統的健康和平衡。

參考文獻:

Stenvers, V.I., Hauss, H., Bayer, T. et al. Experimental mining plumes and ocean warming trigger stress in a deep pelagic jellyfish. Nat Commun 14, 7352 (2023). https://doi.org/10.1038/s41467-023-43023-6