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歐! 我偉大的 appendix!

圖片來源: AJC1@flickr

印象裡盲腸(其實在人是闌尾 appendix)是老祖先留給我們的一段負擔。小時候老師還會說,吃飽飯不要亂跑,小心把食物抖進盲腸爛在裡面,變成盲腸炎,還會有機會爆開變腹膜炎,會痛翻天或者乾脆死翹翹。那時候總是覺得多長個闌尾真討厭,為什麼要有一個沒用的東西礙手礙腳,害我不能拼命玩。

曾經有位大老說盲腸只是演化上逐漸走向消失的「遺跡器官」,所以現在教科書上都乖乖照寫,我們只是正好生在它消失前的時間,目賭演化的過程。這位大老正是達爾文(Charles Darwin ). 達爾文當年認為很多動物需要有盲腸(cecum)來幫助消化。盲腸原本很大,是動物拿來當腸內好菌旅館的一個構造。當我們不再那麼依靠微生物來幫助消化植物後,盲腸功成身退,變成小腸和大腸間一段小小的沒有用的構造,闌尾。但是它真的没有用嗎?

想要在短時間內讓大家相信盲腸不是討厭的廢物,除了要證明它真的有功能以外,還要能從歷史上找到證據說這玩意兒很有用,得到它可以幫助動物活得更好。這下困難了,時光機可沒得借,没有第一手的資料。

兩年前由W. Parker教授帶領的Duke University Medical Center研究團隊卻提出證據,指出闌尾可能有著不可或缺的重要功能。我們的腸子裡有數量超過人體細胞十位的友好細菌居住。一旦壞菌出現,身體就要趕快拉個肚子把這些不速之客趕出體外,可是這麼一來,好菌就也一併清理掉了。這個時候如果我們有個種源庫可以把好菌拿出來播個種,腸子裡很快就長滿好菌欣欣向榮啦!這些好菌的種源庫,就是我們原本以為沒啥功能的闌尾。

今年,Parker 教授又推出新作。這次他跟很多人合作,要來找證據啦!他們的想法是這樣的。在看了很多哺乳類動物後(當年 達爾文可没這麼多全球各地的動物可以觀察),找到一些動物是同時具有闌尾和盲腸的,所以闌尾應該不是退化的盲腸,而是在盲腸存在的狀況下還帶有其它功能的一個構造。還有一個觀察到的現象是,大約70%的靈長類及囓齒類都有闌尾!

另外,他們還有一個取代時光機的法寶-分支系統學(cladistics)。

其實這也不是什麼新科技啦!這個幾十年前就問世的技術可以讓我們利用現在已知的生物特徵,推算過去祖先的特徵,以及到底誰是誰的祖先。這個技術利用的原理很簡單。如果我的祖先不會行光合作用,那我也應該不會行光合作用。如果今天我成為變種人,得到了靠皮膚行光合作用的能力,那我就可以坐著賺陽光給我的能量,不用去找東西填肚子就能活。我的後代遺傳到了這個能力,活得很好。 等我作古了一萬年後,地球上總共有三種可以行光合作用的動物。不用說,只要有行光合作用能力的動物,一定是我的後代變成的。

那如果你也進來玩,假設你是個跟我不同種的正常人,老葉是個跟我不同種的光合作用人。這種狀況可能是這樣來的,我們不能行光合作用的祖先不小心突變出現了一個能行光合作用的後代,這個後代的後代裡有老葉跟我,而你是祖先没發生突變的後代,所以演化上出現過一次突變。另一種可能,我們不能行光合作用的祖先不小心突變出現了一個能行光合作用的後代叫老葉,而不能行光合作用的後代裡出現了你,然後又再出現一次突變成就了我,這樣要兩次突變。再一種可能,我們不能行光合作用的祖先不小心突變出現了一個能行光合作用的後代,這個後代延伸變成老葉和我,然後發生第二次突變失去光合作用的能力變成了你。這樣需要兩次突變。大偵探,你如何決定那一條路才是對的?

其實有個簡單的法則,發生突變造成特徵改變還要能存活下來,跟中頭彩一樣很難發生。那如果要中兩次頭彩更難了。所以發生一次突變的故事,比發生兩次突變的故事更可能是真的。照這樣來看,第一種可能最有機會發生,對吧?利用比對很多這種特徵,我們可以找出誰最有可能是誰的祖先,以及歷史上出現過又消失的生物到底有些什麼特徵。雖然長久以來化石一直是個見證演化的有力工具,但是闌尾不是骨骼牙齒,可不會好好地形成化石留下來。利用分支系統學技術,我們可以推算過去生物的特性。那利用這麼多現生生物的特徵,Parker 教授他們就可以來找答案了。如果 達爾文是對的,那第一個讓盲腸退化成闌尾的動物就是第一個有闌尾炎要擔心的動物了,也就會是用分支系統學從現生動物特徵能推出來的唯一闌尾老祖。

當他們收集分析完資料後,發現竟然現生動物的闌尾來自於兩個不同的祖先!也就是說,它很可能不是退化的結果,而是具有某種用途的器官,而且在歷史上曾經至少有兩種動物從突變得到了這個構造,發現好用,而他們的子孫繼續使用這個構造活到現在,而且讓我們發現(包括我們自己)。

那如果闌尾不是没用的構造,那闌尾炎就不是因為亂跑亂跳食物掉進去造成的囉?那在現在這種論點下,闌尾炎為什麼會發生?其實這也很簡單。這些年來已經有很多證據證明腸道生態系總是維持在一個微妙的平衡點上,過去的人類用沾了泥土的手拿水果吃,細菌一大堆,有的細菌住進腸子變成了共生菌。在天天有細菌來敲門的狀況下,身體的免疫系統調整成可以控制這些細菌的備戰狀態。結果在工業革命後人類注意到衛生的重要性,於是細菌就漸漸因為洗手消毒離開了我們的日常生活。可是這也不過就一兩百年來發生的事,演化需要的時間可是用千百上萬年來算時間的哪!於是現在的結果是免疫系統一時改變不過來,太敏感一不小心擦槍走火,闌尾炎就發生了。

重要概念

  • [普生] Cladistics 支序分類法,是現行分類系統的主要依據。文章裡講得很清楚了,希望你没有聽得很模糊。
  • [普生] Appendix 闌尾,位在人類小腸接大腸處的一個小分支,是條不通往任何部位的死巷。
  • [普生] Cecum 盲腸,脊椎動物消化道中的構造,通常是個死巷。裡面養了很多共生細菌,可以分泌酵素來幫助動物消化難消化的東西。例如動物没有酵素可以消化纖維素,草食動物就得靠共生的微生物幫忙製造能分解纖維素的酵素來把植物細胞壁的能量放出來。
  • [普生]你只要有充份的證據,再權威的人提過的學說都可以被你推翻。這種事只有在學術界可能發生,不適用於政界或商場。

參考資料:Evolution Of The Human Appendix: A Biological ‘Remnant’ No More. ScienceDaily (Aug. 21, 2009)

研究原文:Comparative anatomy and phylogenetic distribution of the mammalian cecal appendix. Smith HF, Fisher RE, Everett ML, Thomas AD, Randal Bollinger R, Parker W. J Evol Biol. 2009 Aug 12. [Epub ahead of print]

原刊載於 30.6kj

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關於作者

慈濟大學生命科學系的教書匠。對肉眼看不見的微米世界特別有興趣,每天都在探聽細菌間的愛恨情仇。希望藉由長時間的發酵,培養出又香又醇的細菌人。