基因體分析幫助塔斯馬尼亞惡魔(Tasmanian Devil)

For Conservationists, the (Tasmanian) Devil Is in the Details - ScienceNOW

聽過塔斯馬尼亞惡魔嗎？如果你以為是卡通裡的Taz就錯了！世界上真的有一種生物叫做塔斯馬尼亞惡魔(Tasmanian Devil)，牠又名袋獾，學名是Sarcophilus harrisii，為目前世界上最大的肉食性有袋類。

圖片來源：維基百科

成年的塔斯馬尼亞惡魔是夜行性動物，體長約一尺(60公分），雄性比雌性略大30%。塔斯馬尼亞惡魔都是黑的，大概有八成的惡魔胸口有白色的條紋。尾巴的長度大約是身長的一半，尾巴是塔斯馬尼亞惡魔很重要的器官，主要用來儲存脂肪以及保持平衡。在塔斯馬尼亞惡魔的尾巴底部有氣味腺會分泌帶有惡臭的分泌物；由於他的惡臭、以及他極大的叫聲加上他暴躁的脾氣，因此得到了塔斯馬尼亞惡魔這個封號。


叫做惡魔應該所向無敵是吧？但是最近惡魔碰上了大麻煩，而這個麻煩的根源竟然是牠自己造成的。

一開始是在1996年時，有科學家注意到在塔斯馬尼亞島北部出現了一些臉上長著醜陋的腫瘤的惡魔。接著他們發現這些腫瘤不止是難看而已，而且還會致命。接著發現這種腫瘤會傳染，舉凡互咬、臉頰碰觸以及交配，都會讓腫瘤從一隻惡魔傳染給另一隻惡魔。


接著他們發現這種病 (DFTD，devil facial tumor disease )傳播的速度猶如野火燎原，不幾年，塔斯馬尼亞島上的惡魔就從十萬隻降到四萬隻，而且數字還在持續下降中。由於目前除了塔斯馬尼亞島上已外，其他地區都找不到這惡魔的蹤跡，所以目前已被列入瀕危(endangered)名單。


但是為何腫瘤可以傳染呢？目前所知的腫瘤幾乎都不會傳染，僅知的極少數幾種也不會像DFTD散播得那麼快速。科學家們仔細研究過才發現，原來是因為數千年來塔斯馬尼亞島上的惡魔們過著與世隔絕的生活，一代代下來，由於無法引進其他的新族群，造成全島的惡魔們都是親戚；於是當一隻惡魔臉上出現腫瘤，在極度缺乏基因多樣性的環境下，竟然只要接觸一下，掉下來的細胞就可以毫無障礙的在另一隻惡魔的臉上生長！


既然是因為基因多樣性不夠，當然要提高基因多樣性囉！可是，目前除了塔斯馬尼亞島上也沒有其他的地方找得到牠們了，那要怎麼辦呢？為了要拯救塔斯馬尼亞惡魔，科學家們開始分析惡魔們的基因體。他們找了北部的一頭惡魔（這頭惡魔對兩種DFTD有抵抗力）以及南部的另一頭惡魔來定序，透過比對牠們倆的基因體，找到了跟DFTD最可能相關的三個基因突變；接著，他們針對這些基因體的位置，找到全島惡魔在親緣關係上最遠的七個族群。


找到了以後工作才開始呢！接著要在圈養的狀況下繁殖這些惡魔，刻意地把親緣關係遠的惡魔們拿來交配，希望可以找到對這些DFTD有抵抗力的惡魔，同時也藉由這個作法來提高惡魔們的基因多樣性；如此一來，就算不能馬上找到具有抵抗力的個體，至少也可以讓DFTD散播的慢一點。


過去我們都只知道基因體計畫可以幫助我們瞭解基因、瞭解遺傳疾病，在塔斯馬尼亞惡魔身上，我們又看到了另一種用途。


參考資料：維基百科 Tasamania Devil

企鵝也怕黑？

Why Penguins Are Afraid of the Dark - ScienceNOW

圖片來源：維基百科

阿德利企鵝以及皇帝企鵝（Adélie and emperor penguins）的主食是極地的磷蝦(krill)以及魚類，雖然這些動物都是晚上出來得比白天要多得多，但科學家發現這兩種企鵝都是黎明即起，天黑就回家睡覺。既然在晚上可以找到更多食物，為什麼不在晚上出來呢？


過去的結論是這兩種企鵝的視力不佳，因為晚上看不見所以只能白天出來行動；但最近科學家發現，阿德利企鵝都要潛到50-100公尺的海中去捕食，而這個深度的海裡，光線其實相當昏暗（大概是太陽下山後1-2小時內的狀態）；而帝王企鵝則可以潛到500公尺的深海，在那樣的深度下，其實即使在白天也有如黑夜。


既然他們並沒有夜盲，那麼為何他們不在晚上出來捕食呢？


科學家發現，原來對於企鵝來說，他們寧願餓肚皮也不願意被吃掉。


這兩種企鵝主要的天敵是海豹(leopard seals)。由於海豹大都在晚上出來捕捉企鵝，日中時就休息，為了生存，雖然晚上有更多的魚跟磷蝦可以抓，但是企鵝們還是寧願白天出來打獵。


企鵝有多怕海豹呢？科學家們觀察到，即使在白天，除非要打獵，否則企鵝會盡量在岸上；當他們發現附近可能有海豹，或是覺得自己立足的這塊浮冰不夠厚（可能會被水下的海豹發現）的時候，企鵝就會盡可能的保持靜止不動。


尤有甚之，為了避免自己成為獵物，科學家觀察到阿德利企鵝寧願走5公里的路回家，也不要下水游泳。明明游泳可以比較快到家，但是他們就是寧願走路！這讓我想到有句靜思語好像是說：開快車，如果不是七分鐘到家，就是七天以後到家。看情形企鵝們早就悟到這個道理，他們寧願選擇慢點到家的路，也不要冒著可能會七天以後才到家的風險。


為了怕自己成為獵物，這兩種企鵝不只是選擇在白天活動而已。在季節性遷移時，由於他們都是在夏末開始遷移，這時候南方已經進入永夜；於是他們寧願從北方繞個大圈走過去，也不要冒著更大的危險從南方抄近路。


所以，對於企鵝來說，食物誠可貴，生命價更高。

誰需要瓢蟲保鏢？

ScienceShot: Ladybugs as Bodyguards - ScienceNOW

圖片來源：ScienceNow

如果你覺得上面的圖是瓢蟲在抱蛋或抱蛹～那麼你弄錯了。在瓢蟲身體下面的其實是瓢蟲繭蜂（Dinocampus coccinellae）的蛹。

瓢蟲繭蜂會下蛋在瓢蟲身上（牠們尤其熱愛七星瓢蟲），然後瓢蟲繭蜂會開始在瓢蟲裡面成長，但是不會殺死瓢蟲。直到他們要化蛹的時候，他們才會由瓢蟲的腹部鑽出來，並在瓢蟲（仍然活著）的六足之間吐絲結蛹。

為什麼不乾脆把瓢蟲給殺了，而要這麼麻煩的維持瓢蟲活命？為了不馬上殺死瓢蟲，瓢蟲繭蜂的幼蟲會先把瓢蟲身上比較不重要的器官（生殖器官、卵）吃掉，如果馬上就把瓢蟲給殺了不是很好嗎？

法國以及加拿大的研究團隊也對這個現象很好奇，於是他們展開了一系列的研究。他們的研究結果發現，當他們把瓢蟲、瓢蟲繭蜂、以及瓢蟲繭蜂的天敵脈翅目的昆蟲（lacewings，應該是草蛉？）放在一起時，如果瓢蟲繭蜂的蛹上面的瓢蟲仍然存活，這時候瓢蟲繭蜂的蛹只有35%會被脈翅目昆蟲吃掉。但如果瓢蟲繭蜂的蛹上面的瓢蟲已經死亡，則蛹有85%會被脈翅目昆蟲吃掉。如果蛹上面沒有瓢蟲呢？那幾乎是100%會被吃掉。

所以，為何瓢蟲繭蜂不馬上把瓢蟲給殺了，而要大費周章地維持瓢蟲的性命，直到化蛹前才會切斷瓢蟲的足神經，讓瓢蟲完全癱瘓呢？原來牠們需要瓢蟲來當牠們的保鏢，畢竟當脈翅目的昆蟲接近瓢蟲時，瓢蟲為了保護自己也會出手抵抗，於是也幫了繭蜂一個大忙。

阿拉伯大羚羊(Arabian Oryx)復育取得初步成功

Arabian Oryx Comes Back From the Brink - ScienceInsider

聽過有關獨角獸(unicorn)的傳說嗎？研究傳說的學者們相信，獨角獸的傳說可能是由阿拉伯大羚羊(Arabian Oryx, Oryx leucoryx)這種乳白色有長長直直的角的美麗生物而來，但是阿拉伯大羚羊在四十年前因為過度捕獵一度被列為「瀕危」(endangered)物種。不過，這些年來因為成功復育，最近已經由瀕危降級到「易危」(vulnerable)物種了。

圖片來源：Science Now

其實不管是「瀕危」或是「易危」，都還是屬於「受威脅」(Threatened)的物種。在世界自然保護聯盟(International Union for Conservation of Nature, IUCN)的分類中，「受威脅」的分類共有三種，「易危」、「瀕危」、以及「極危」(Critically Endangered)。往下就是「滅絕」(Extinct)了。
過去因為盜獵及過度捕獵，使得阿拉伯大羚羊被列入「瀕危」名單，目前在沙烏地阿拉伯、以色列以及阿拉伯聯合大公國等地共有1000隻左右，這是數十年來人工復育及野放成功的成果。

雖然阿拉伯大羚羊的復育成功是個好消息，但更多的物種因為棲地破壞、人為捕殺等因素被列入「極危」名單，最近新列入名單的包括了斯歐島眼鏡猴(Siau Island tarsier)以及八種兩棲類；事實上全世界的兩棲類大約有四成(41%)都瀕臨絕種，而有三分之一的龍蝦(lobster)目前到底全世界有多少數量並不清楚，還必須作進一步的調查。

不知道多少人聽過「美國」(America)合唱團的'The Last Unicorn"呢？

When the last eagle flies over the last crumbling mountain
And the last lion roars at the last dusty fountain
In the shadow of the forest though she may be old and worn
They will stare unbelieving at the last unicorn
When the first breath of winter through the flowers is icing
And you look to the north and a pale moon is rising
And it seems like all is dying and would leave the world to mourn
In the distance hear the laughter of the last unicorn
I'm alive, I'm alive
When the last moon is cast over the last star of morning
And the future has passed without even a last desperate warning
Then look into the sky where through the clouds a path is formed
Look and see her how she sparkles, it's the last unicorn.
I'm alive, I'm alive


如果我們不愛護我們的環境，歌詞裡面描寫的情境，或許有一天會成真。只是，傳說中的獨角獸，只怕會先我們一步永遠離開這個地球了...

傳說中的「大腸精」出現了嗎？

DNA Sequence Yields Clues to Germany's 'Super Toxic' E. coli outbreak - ScienceInsider

感謝現代科技，自五月起在德國出現的出血性大腸桿菌感染，科學家們使用所謂的第三代定序儀，只花了三天就把大部分的序列定出來了。初步的結果顯示，這隻大腸菌很可能就是傳說中的「大腸精」，帶有來自幾個不同大腸桿菌的致病基因。

首先，他的序列有93% 與之前曾在中非共和國導致嚴重痢疾的大腸桿菌EAEC 55989 E. coli相同。

另外，其中一段基因可能是來自於沙門氏桿菌Salmonella enterica （傷寒的病原也跟他同屬），而其他的基因則來自於幾個不同的大腸桿菌，包括 O25:H4-ST131。

然後，雖然目前還沒有任何醫院用抗生素治療（一般來說治療出血性大腸桿菌感染是不使用抗生素的，因為用抗生素治療只會殺死更多大腸桿菌，而死掉的大腸桿菌會釋放出更多毒素，加重病情），但定序的結果也發現這隻大腸桿菌對許多抗生素都有抗藥性，包括 aminoglycoside（治療格蘭氏陰性菌感染的主要藥物～大腸桿菌也是格蘭氏陰性菌），the macrolides（大環内酯類抗生素），以及 beta-lactams（最為有名的是青黴素penicillin）這幾類抗生素。當然目前不會有人想要用抗生素去殺他，不過既然他對這麼多抗生素都有抗藥性，要殺他也不容易。


當然整個定序的結果還要再確認，畢竟即使是第三代的定序儀（對於機器有了解的專家們可否提供一些意見，畢竟筆者只會看序列，做定序是在讀博士班時用dideoxy sequencing純手工定的），在三天內就把序列定出來仍嫌匆忙，所以仍在進一步的確認中。


只是，感覺上這隻細菌似乎是集各家的大成，他有沙門氏桿菌的片段，還有好幾種抗生素的抗藥基因，難道傳說中的「大腸精」真的出現了嗎？

雌蝴蝶:對不起（關翅膀），我沒性趣！

Butterflies close wings to avoid sex
對人來說，由於文化的不同，有時候要拒絕追求者還真的是門大學問。筆者在國外時曾經有同事被南歐來的同仁窮追不捨，最後只好向personnel office求援，結果對方大感冤枉，原來在男方的祖國，對心儀的女生窮追不捨是對女生的一種讚美，誰知道到了美國成了性騷擾。


動物界也有窮追不捨的例子，但是雌的紅小灰蝶（Lycaena phlaeas daimio, small copper butterfly）有一套拒絕的方法。

圖片來源：維基百科

日本的科學家觀察紅小灰蝶發現，雌性紅小灰蝶如果不想交配，當雄性紅小灰蝶靠近的時候，她會把翅膀合起來。


如果雄性紅小灰蝶靠近的是還沒有交配的雌性紅小灰蝶，大部分的情形下雌蝶會維持翅膀在展開的狀態。

圖片來源：維基百科

可以看到，當雌紅小灰蝶把翅膀維持在展開的狀態時，可以充分顯露出她的花紋，所以也更容易讓雄蝶看到。


對於已經交配過的雌性紅小灰蝶，由於她已經不需要再次交配，為了避免被雄蝶「霸王硬上弓」而受傷，雌性紅小灰蝶在雄蝶靠近時，會把翅膀合起來。


不知道動物界是否有比這個更清楚明白的「NO」了。


Avoiding Male Harassment: Wing-Closing Reactions to Flying Individuals by Femal small copper butterflies.

黑色的植物，真的存在在地球上！

今天看到PanSci網站有篇文章提到：如果真有星球兩個太陽，那個星球上面的植物可能是黑的。我仔細看了一下文章，其實裡面提到的黑色的植物應該不是存在於有「兩個太陽」的行星上，而是在以紅矮星為太陽的行星上。

不過，由於我本身是多肉植物的愛好者，仙肉迷們應該都知道多肉植物的型態多變，顏色也變化很大，但有趣的是，有一屬的多肉(Sinocrassula)大多是深色的，而且其中被稱為四馬路/泗馬露（Sinocrassula yunnanensis）的這種多肉，竟然真的是黑的。

Sinocrassula yunnanensis

究竟這種黑色的植物跟光合作用的適應有沒有關係呢？說真的我也不知道，不過Sinocrassula的原產地在中國雲南及緬甸北部，而且是位於海拔2500-2700m左右的高山上喔！高山上應該輻射是比較強，是否為了怕曬傷所以演化出黑色（或深色）的外觀？老葉是有點想要研究看看，不過四馬路實在有點貴，在多肉界算是比較高價位的植物（上面那株是種在兩吋盆裡，要價300大洋），要對它動刀真的有些捨不得，可能等繁殖的多一些再來考慮吧！

除了Sinocrassula以外，還有另外一屬Lenophyllum好像也都是深色的，不過這屬的植物原產於德州以及墨西哥東北部，這些地方是否紫外線也特別強？另外是原產於雲南、緬甸或德州、墨西哥東北部的植物，應該也有不少不是深色的，所以究竟演化出黑色/深色的外表，是否與保護自己免於曬傷有沒有關係？

Lenophyllum reflexum 深蓮

我可以認同如果要吸收所有的波長的光，植物會變成黑色的；不過在有兩個太陽的情況下，為免於曬傷發展出深色的外觀這點，我想大概還需要去研究、研究。


如果純粹以生物化學的角度上來看，在地球上要長出「黑色」的植物並非不可能，但是可能會有兩種情況：


第一種是他可以利用所有的光能，第二種是他可以利用部分的光能，其他部分則是吸收以後以熱能的形式發散掉了。


我們先來看這個從Lehninger生物化學借過來的圖。

從上面這個圖可以看到，存在在高等植物裡面的色素如葉綠素a、b(chlorophyll a, chlorophyll b)，以及β-胡蘿蔔素(β-carotene)還有葉黃素(lutein, xanthophyll)加起來，大約涵蓋了以紅光(620-680nm)以及藍光(380-490)，對於綠光與黃光吸收得很少，所以高等植物看起來都是綠色的。


不過這並不代表陽光裡面的黃光與綠光在地球上就是完全沒有被利用到；上圖除了葉綠素a、b、β-胡蘿蔔素以及葉黃素以外，還有藻紅素(phycoerythrin)以及藻藍素(phycocyanin)兩種色素；這兩種色素吸收的範圍「恰巧」是黃光與綠光。由於他們不吸收紅光與藍光，所以看起來不是紅的就是藍的，紅色的就是藻紅素，藍色的就是藻藍素。


這兩種色素怎麼來的呢？原來他們存在於藍綠菌(cyanobacteria)中，而藍綠菌生存在水池裡，通常他們生存的環境中一定還有高等植物，如果大家都吸收同一波長，競爭的結果藻類當然爭不過種子植物，所以就要演化出可以吸收其他波長光波的色素。


當然也有可能是先演化出藻紅素與藻藍素，後來的陸生植物為了跟藻類競爭所以選擇吸收黃、綠光波以外的光；不過，從不論是高等植物或藻類裡面的光系統(photosystem, 植物用來捕捉光能的構造)反應中心(reaction center)的色素也還是葉綠素a這點來看，可能是藻類因不敵與陸生植物競爭，另行演化出不吸收紅光、藍光的色素這個可能性較高。當然我非藻類專家，僅就書本上的證據來說話，如果有藻類專家願意給我一些指正，當然是再好也不過了。


所以，回到黑色植物的問題；如果有植物能夠具備所有上圖的色素，當然他有可能看起來是黑的；當然以書上的證據來看，既然不論是高等植物或是藻類都用葉綠素a作為光系統反映應中心的色素，這樣的可能性發生在地球上也並非全無希望的事。


不過，我們的Sinocrassula與Lenophyllum是否為這類的植物，或是為了防輻射而產生大量的其他色素(β-胡蘿蔔素、葉黃素、花青素等）而使植物本身呈現黑色/深色的外觀，這就不是我目前所能瞭解的囉！目前對於Sinocrassula的瞭解就是，因為它進行CAM代謝（景天科都是），所以他長得很慢，而它喜歡強光，但是光線轉弱時也不會死亡，只是生長會變慢而已。或許這會是值得我們去研究的植物（如果可以長快一點的話啊啊啊啊...）？