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在世界各地都取得優勢,不只是運氣好?——冠狀病毒的D614G突變(上)

寒波_96
・2020/08/07 ・2986字 ・閱讀時間約 6 分鐘 ・SR值 570 ・九年級

最先在武漢發跡的 COVID-19(武漢肺炎、新冠肺炎),從中國出國深造後短短半年,已經造成 50 萬人死亡;它的病原體 SARS-CoV-2 和 SARS 同屬冠狀病毒,在本文中我們簡稱為「SARS二世」。

從疫情一開始,不斷有人擔心病毒突變變得更厲害。至今 SARS二世的遺傳序列的確已經出現很多變化,但是病毒本來就會一直突變,重要的是對傳染、症狀輕重、治療有沒有影響,這些卻不容易判斷。

SARS二世冠狀病毒的結構,S蛋白質是位於病毒外面的凸起。圖/取自 acebiolab

本次主角突變「D614G」是什麼?

一直到最近才有比較可靠的證據支持,有個突變「D614G」會增加病毒的傳播能力,在病毒從中國擴散到世界的過程中也許是一大關鍵

「D614G」是什麼呢?SARS二世病毒感染細胞時,病毒表面的 S蛋白質(spike protein)會和宿主細胞上的 ACE2 受器結合。S 蛋白質的第 614 號氨基酸種類,比較早的病毒都是天門冬胺酸(aspartic acid),縮寫為 Asp 或 D;突變後衍生的則是甘胺酸(glycine),縮寫為 Gly 或 G。

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第 614 號位置從 D 突變成 G,所以簡寫作 D614G

S蛋白質的立體結構,第 614 號氨基酸位於左圖的框框內。圖/取自 ref 3

病毒一直變異很正常,有沒有適應意義需仔細研究

SARS二世是 RNA 病毒,基因組由大約 3 萬個核苷酸組成。相比於其他病毒,SARS二世從今年一月以來的突變不算快速,不過由於感染人數眾多,病毒的族群數量非常龐大,因此不同病毒累積的遺傳差異,整體上仍然相當可觀。

然而,病毒絕大部分的突變,對於繁殖、抗病、傳播等能力,應該都不會有加分的效果(如此適應人類的病毒,突變反而有害的機率多半還比較高)。即使如 D614G 這般不只改變核苷酸,也會改變蛋白質的非同義突變(non-synonymous mutation),大多數時候也少有影響。

要研究某突變是否幫助適應,可以追蹤具備某突變的病毒占整體的比例,有沒有隨著時間增加。然而,疾病的傳播受到許多因素影響,病毒遺傳上的差異時常與適應無關,起伏波動單純只是巧合。假如沒有多重證據,單靠遺傳序列鍵盤辦案,很難分辨序列的變化是否與適應有關。

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哪些證據支持 D614G 有助於病毒適應?主要有兩方面,一方面來自各地病毒比例的變化,另一方面是臨床檢驗和實驗測試的結果。

兩款病毒在全世界的相對比例變化,橘色是原本的 D,藍色是衍生的 G。圖/取自 ref 1

一篇已經正式發表的論文,詳細分析分子層次上的變化。氨基酸層次的 D614G 這個突變,在核苷酸層次是基因組第 23403 號 RNA 由 A 突變為 G 的結果。配備此一突變的病毒,絕大部分在另外 3 處也有變化:第 241、3037、14408 號位置上,都是由 C 突變為 T。1, 2

根據蒐集病毒遺傳序列的 GISAID 資料庫,最早於一月底的中國與德國樣本記錄到 D614G,這批樣本也已經具備另外兩處突變,只差 14408 號沒有;2 月 20 日時 4 處突變齊全的病毒首度出現,很快就遍佈歐洲。不論新突變最初在哪兒誕生,歐洲都是它茁壯的溫床。(台灣首度於 3 月 2 日發現)

武漢和泰國最早期的樣本中也有觀察到 D614G,但是其他突變不存在,很可能是另外的獨立事件,表示 D614G 不只誕生過一次。

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兩款病毒 3 月時在歐洲各地的相對比例,橘色是原本的 D,藍色是衍生的 G。圖/取自 ref 1

根據資料庫,4 處突變齊全的病毒,在 3 月 1 日以前 997 個樣本中占 10%;3 月 14951 個樣本中占 67%;4 月 到 5 月 18 日 12194 個樣本中占 78%。全世界合計下:

突變的 G 病毒占整體比例,隨著時間不斷增加

幾乎在世界各地都取得優勢

然而整體比例上升可能只是巧合,或是受到別的因素影響,不足以證實突變有助於傳播。論文更進一步,將樣本拆成不同國家、地區各自分析。

結果相當一致,即使細分到地區的尺度,G 病毒的比例在世界絕大多數地方都有上升,即使是原本 D 病毒已經造成明顯疫情的地區也不例外。只有 2 處例外:冰島、美國加州的聖塔克拉拉郡。

德國、西班牙、英國、冰島的變化,橘色是原本的 D,藍色是衍生的 G。圖/取自 ref 1

即使新突變真的有助於適應,病毒傳播仍會受到其他因素影響。比方說遺傳加 10 分,環境有利加 5 分,結果比原本多 15 分;環境不利扣 5 分,結果只會多 5 分;環境非常不利扣 20 分,反而比原本少 10 分。各地在不同時候狀況都不一樣,本來就不該有一模一樣的結果。

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新版 G 病毒的比例在兩三地增加也許是巧合,但是亞洲、歐洲、美洲絕大部分的地點,例如德國、西班牙、威爾斯、蘇格蘭、英格蘭、澳洲、華盛頓州、加州、紐約州、威斯康辛州等等,不論疫情開始時 D 病毒是否較多,一段時間以後 G 病毒的存在感都變得更高。即使其中有運氣成分,也很可能與病毒的遺傳差異有關。

拆成較小的分區,威爾斯、蘇格蘭、英格蘭的變化,橘色是原本的 D,藍色是衍生的 G。圖/取自 ref 1

感染D614G突變病毒,上呼吸道病毒量較高

不過光看序列不夠。SARS二世病毒的演化是發生在眼前的過程,假如 D614G 這個改變真有影響,我們應該能見到某些具體的差別

研究英國的雪菲爾教學醫院(Sheffield Teaching Hospitals NHS Foundation Trust) 999 位住院患者,發現感染 G 病毒的病患,RT-PCR 的 Ct 質比較低,意謂他們取自上呼吸道的驗體中,病毒含量較高。

上呼吸道的病毒量較高,可能傳播力也比較強,這是突變增強傳染力的間接證據。

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然而,不論感染 G 或 D 病毒,似乎不會影響症狀輕重。這點應該不是太意外,畢竟有些研究發現,即使是無症狀的感染者,病毒量也不輸給症狀嚴重的病患,可見症狀輕重和病毒量未必有關係。

除此之外,好幾個研究戰隊報告的獨立結果,大方向都很類似:D614G 能增加病毒的傳播能力3, 4, 5, 6, 7

下集:結構強化的病毒,傳染力更強——冠狀病毒的D614G突變(下)

延伸閱讀

參考資料

  1. Tracking changes in SARS-CoV-2 Spike: evidence that D614G increases infectivity of the COVID-19 virus
  2. Spike mutation pipeline reveals the emergence of a more transmissible form of SARS-CoV-2
  3. The D614G mutation in the SARS-CoV-2 spike protein reduces S1 shedding and increases infectivity
  4. Mutated coronavirus shows significant boost in infectivity
  5. D614G mutation of SARS-CoV-2 spike protein enhances viral infectivity
  6. Naturally mutated spike proteins of SARS-CoV-2 variants show differential levels of cell entry
  7. The Spike D614G mutation increases SARS-CoV-2 infection of multiple human cell types

本文亦刊載於作者部落格《盲眼的尼安德塔石匠》暨其 facebook 同名專頁

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寒波_96
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生命科學碩士、文學與電影愛好者、戳樂黨員,主要興趣為演化,希望把好東西介紹給大家。部落格《盲眼的尼安德塔石器匠》、同名粉絲團《盲眼的尼安德塔石器匠》。

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迎戰高傳染力RSV!醫師解析「出生即防護」策略,給新生寶寶最安心的見面禮
careonline_96
・2026/05/26 ・2553字 ・閱讀時間約 5 分鐘

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給寶寶的第一份見面禮,呼吸道細胞融合病毒(RSV)長效型單株抗體「出生即防護」策略解析,專科醫師圖文懶人包

呼吸道細胞融合病毒(RSV)傳染力強,易致新生兒重症與未來氣喘風險。醫師建議施打長效型單株抗體,出生即刻提供至少5個月保護力,是給寶寶最好的健康見面禮。

隨著預產期接近,為了迎接孩子的出生,父母往往會開始進行規劃與安排,無論從嬰兒用品、奶粉選擇、甚至到疾病預防,都讓人傷透腦筋,因為每一項選擇都可能影響寶寶未來的健康,帶來長期的影響。

聖馬爾定醫院小兒科李欣蓉醫師指出,呼吸道細胞融合病毒(RSV)具有高度傳染力,感染後初期症狀不明顯,但可能在短短數日就會發展成重症、需要住院;就算康復了,也可能增加未來氣喘的風險。聖馬爾定產後護理之家龔亭方主任也提醒,RSV很容易在產後護理中心或托嬰中心發生交叉感染,特別是RSV可能潛伏在往來的家長衣服、手上,甚至存活於牆壁上,若沒有主動為孩子預防,無疑是將心肝寶貝暴露在感染風險中。

為了讓孩子健康、父母安心,給寶寶第一份重要的見面禮,就是RSV長效型單株抗體。因RSV長效型單株抗體安全性極高,可直接在寶寶出生後立即施打,且不需等待免疫反應,可直接建立起戰力,保護力更可持續至少5個月以上,近期有更多文獻證實抗體保護時間可達一年以上,無疑是家中新生兒早期防護的重要選擇。

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呼吸道細胞融合病毒(RSV)威脅不容忽視:病程快速且具長期影響

李欣蓉醫師提醒,RSV具有極高的傳染力,僅1個感染個案,就可能傳播給4至5人。日常的接觸、甚至環境都可能成為傳染途徑。更令人擔心的是,就算嬰幼兒看起來康復了,但體內仍可能存有RSV,傳染期長達3至4週。也就是說,RSV可能潛藏在環境、身邊親友、甚至其他嬰幼兒間,而家長卻不自知。

嬰幼兒感染後,初期症狀常不明顯,僅輕微咳嗽、流鼻水,但因為嬰幼兒呼吸道較狹窄,一旦發炎產生分泌物,容易造成呼吸道阻塞,進而出現呼吸急促、喘鳴等症狀。很可能在短時間內迅速惡化為細支氣管炎或肺炎,嚴重者甚至需住院或接受氧氣、呼吸器治療。根據研究顯示,1歲以下嬰兒因RSV感染導致住院的機率約為流感的16倍。

呼吸道細胞融合病毒

除了急性重症風險外,RSV感染也可能帶來長期影響。研究指出,嬰幼兒在生命早期感染RSV未來罹患氣喘的風險可能增加約3倍。對此,李欣蓉醫師表示,這主要與呼吸道發炎後產生的敏感化、高反應性有關,因為會提高未來罹患氣喘的風險,請家長務必要提高警覺。

RSV未來罹患氣喘的風險

照護場所群聚與日常接觸皆可能成為呼吸道細胞融合病毒(RSV)感染來源

在產後護理中心或托嬰中心中,RSV感染風險往往來自日常接觸、甚至環境。龔亭方主任提醒,RSV病毒可在平滑牆面、門把、扶手上存活超過24小時,在衣物上也可存活長達1小時。在家長、照護者與寶寶的互動中,就可能悄悄的傳染給寶寶。因此,政府建議除了要勤加消毒、洗手以外,甚至要視情況縮短在機構內的時間。

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龔亭方主任鼓勵,父母無需過度擔心,在進入產後護理之家或是托嬰中心前,如有施打RSV長效型單株抗體,就可以有效降低感染機會以及重症的風險,透過安全且直接的方式,為寶寶建立關鍵保護力,避免孩子暴露於RSV風險而不自知。

也提醒,許多家長會覺得孩子已經感染過RSV了,就無需再預防了。但事實上,感染RSV後並無法終生免疫RSV,嬰幼兒仍可能面臨反覆感染的情況,因此即使感染過仍可考慮施打RSV長效型單株抗體,保護孩子最脆弱的一年。

新生兒照護環境下的呼吸道細胞融合病毒(RSV) 建立「出生即防護」成為關鍵

針對RSV預防方式,目前臨床上常見預防措施包括RSV長效型單株抗體與RSV孕婦疫苗。李欣蓉醫師說明,RSV長效型單株抗體可在寶寶出生後施打,直接提供抗體防護,施打後即可發揮保護效果。單次施打可提供5個月以上的保護力,近期也有更多文獻證實,抗體保護時間可達一年以上,對於免疫系統尚未成熟的新生兒而言,可在生命初期建立穩定且可預期的防護。另外,RSV孕婦疫苗是透過母體產生抗體,再經胎盤傳遞給胎兒,保護力會依據母體健康狀況等有所變化。

呼吸道細胞融合病毒(RSV) 建立「出生即防護」成為關鍵

即時建立呼吸道細胞融合病毒(RSV)防護,是給寶寶最重要的健康見面禮

隨著預防醫學的進展,RSV已不再是只能被動面對的感染風險。透過為新生兒施打RSV長效型單株抗體等,家長可以在寶寶出生後就建立重要的防護力。李欣蓉醫師表示,若能在寶寶出生之際,就提供直接且穩定保護力,有望避免嬰幼兒感染RSV後的健康衝擊,正是父母送給孩子的第一份重要「見面禮」

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龔亭方主任也補充,除了醫療預防,也別忘了日常感染控制措施,雙管齊下更能降低感染風險。舉例而言,照護者接觸寶寶前應落實手部清潔、定期清潔消毒環境表面(如門把、床欄、玩具)、維持室內通風,以及適度控管訪客數量與接觸距離等,都是降低RSV傳播風險的關鍵重要措施。

筆記重點整理

  • 呼吸道細胞融合病毒(RSV)具有極高的傳染力,僅1個感染個案,就可能傳播給4至5人。
  • 一歲前若反覆感染RSV,未來孩子衍生氣喘體質的機率高達3倍
  • RSV長效型單株抗體可於出生後施打,提供寶寶立即到位的「抗體大軍」,單次施打可提供5個月以上保護力,近期也有更多文獻證實,抗體保護時間可達一年以上;同時呼籲除醫療預防外,須結合日常感控措施,也有助降低感染風險與照護負擔
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「全球化已死」:從美國壓制荷蘭,看台灣在地緣棋局的下一步——《造光者》
天下雜誌出版_96
・2025/09/06 ・1420字 ・閱讀時間約 2 分鐘

ASML 向來以與全世界做生意為榮。南韓客戶來訪時,接待處的荷蘭國旗旁邊就會擺上南韓國旗。中國企業來訪,則會看到中國國旗飄揚。這反映了 ASML 對所有客戶一視同仁。只可惜,如今世界的運作已不再那麼單純了。

在數以百億計的政府補助資金挹注下,中國的晶片廠如雨後春筍般崛起。2017 年,中國客戶下單的曝光機總值高達七億歐元。幾個月後,中國晶片製造商中芯國際的執行董事梁孟松在上海簽下了他們的第一台EUV曝光機訂單。

監事會立即指出風險,直言:「各位,這恐怕會出問題,美國不會放行所有的交易。」但 ASML 的管理高層毫不在意這些顧慮。他們認為 ASML 不涉政治,而且多年來一直都有供貨給中芯國際。

結果,ASML 向荷蘭申請對中國的出口許可時,美國立即展開外交行動,試圖阻止 EUV 曝光機進入中國。川普的國安顧問莫里森表示,這不是美國在對友邦施壓:「我們都知道 EUV 技術有多重要,荷蘭政府可以自行決定這件事。」當然,最好是做出美國也認同的決定。

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從 ASML 看中美貿易戰

荷蘭人陷入這樣的困境,其實一點也不意外。美國不想和中國真的開戰,因此試圖用其他一切手段來控制中國的科技發展。晶片有如現代經濟的石油,當你順著這條價值鏈追溯時,很快就會來到荷蘭的 ASML。

在 ASML 看來,制定規則的人並不了解「這一切」是如何運作的。「這一切」是指整個晶片產業,包括所有的全球依存關係、脆弱的供應鏈和複雜的技術。這是一個靠相互信任、長期協議、自由市場機制運轉的世界。政府不能破壞這個脆弱的生態系統:最主要是因為 ASML 從中賺取豐厚的利潤(包括在中國的收益),也在荷蘭創造了許多就業機會。

ASML 認為,美國主要是靠封鎖 EUV 技術來輔助對中國的經濟戰。這項技術可用來大量生產先進半導體。這些晶片是用在手機上,不是戰鬥機。對 ASML 來說,擔心 EUV 技術被用於軍事完全是無稽之談,武器產業使用的是已經上市多年的成熟微影技術。而且武器中使用的多數晶片都是「現成」的,跟筆記型電腦、洗衣機或汽車裡的晶片一樣,在世界各地都能輕易買到。

美國對「軍事」的定義

但美國的看法不同。美國對「軍事」的定義遠超出傳統武器的範疇。他們擔心中國的 AI 崛起、中國的超級電腦在全球排名中占主導地位,以及中國當局未來可能掌握的強大網路武器。而這些全都有一個共同需求:先進晶片。

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荷蘭經濟部向來對企業採取不干預的態度,讓企業能充分利用世界貿易的優勢。身為一個新自由主義的貿易國,荷蘭乘著全球化的浪潮前進了三十幾年。ASML 就體現了這種重商精神。

ASML 長期以來一直試圖避開地緣政治的舞台。但當你的機器是用來印製現代世界的基礎架構時,你不可能永遠躲在鎂光燈外。

2020 年 1 月,外交角力終於公開化。路透社報導,美國已要求荷蘭封鎖 EUV 技術的出口,ASML 頓時成為眾所矚目的焦點。川普的貿易戰、間諜案件,以及有關華為和 5G 的爭議,全都交織在一起,掀起了一場輿論風暴,ASML 登上了各大媒體的頭版。

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天下雜誌出版_96
27 篇文章 ・ 21 位粉絲
天下雜誌出版持續製作與出版國內外好書,引進新趨勢、新做法,期盼能透過閱讀與活動實做,分享創新觀點、開拓視野、促進管理、領導、職場能力、教養教育、同時促進身心靈的美好生活。

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貓咪也會學鳥叫?揭秘貓貓發出「喀喀聲」背後的可能原因
F 編_96
・2024/12/24 ・2480字 ・閱讀時間約 5 分鐘

F 編按:本文編譯自 Live Science

貓是一種神秘而又引人注目的動物,牠們看似深居簡出,但擁有多元的聲音表達:從吸引人類注意的「喵喵叫」,到面對威脅時的「嘶嘶聲」與低沉的「咆哮」。

延伸閱讀:貓咪為什麼總愛對人喵喵叫?看貓如何用聲音征服人類的心

然而,細心的貓奴們可能會注意到,貓有時會對著窗外的鳥兒或屋內小動物玩具,發出一種獨特的「卡卡聲」或「咯咯聲」。這種聲音既像牙齒打顫,又好似一陣陣輕微的顫鳴,卻很難歸類到常見的喵叫或咆哮裡。這種名為「chatter」的行為,究竟在貓的生活中扮演什麼角色?目前科學界尚未對此有定論,但有幾種廣為討論的假說,或許能為我們提供一些思考方向。

卡卡叫:情緒的釋放或表達?

有些貓行為專家推測,貓咪在看到獵物(如窗外的鳥、老鼠)卻無法接近時,會因「欲捕無法」的挫折感或興奮感,發出這種「卡卡聲」。就像人類遇到障礙時,可能會發出抱怨的咕噥聲或乾著急的嘆息聲一樣,貓咪的「喀喀聲」也可能只是把當下的情緒外顯,並非有特別針對人或其他動物的溝通目的。

  • 情緒假說
    • 挫折:當貓看見鳥兒在窗外飛舞卻無法撲殺,內心焦躁,遂用聲音抒發。
    • 興奮:或許貓在準備捕獵時也感到高度亢奮,因此嘴部不自覺抖動並出聲。
貓咪的「喀喀聲」可能源於挫折或興奮情緒,表達捕獵受阻的內在反應。圖/envato

要在科學上驗證「情緒假說」並不容易,因為需要同時測量貓咪行為和生理指標。例如,研究人員可能需要測量貓咪在卡卡叫時的壓力荷爾蒙變化,才能確認牠們究竟是帶著正面興奮,或是負面挫折的情緒。不過,由於貓的獨立特質,實驗設計往往困難重重,樣本量要足夠也不容易,所以至今沒有定論。

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增強嗅覺?貓咪的「第二鼻子」

另一種說法則認為,貓咪發出「卡卡聲」時,可能同時開啟了其位於口腔上顎的「犁鼻器」(vomeronasal organ),也稱作「賈氏器官(Jacobson’s organ)」。這個感知器官能捕捉一般鼻腔聞不到的化學分子,如費洛蒙或特定氣味分子,因此對貓的求偶、社交和獵捕行為都非常重要。

  • 嗅覺假說
    • 張口呼吸:如果貓咪一邊「咯咯咯」地開合上下顎,可能在嘗試讓空氣(及其中所含的氣味分子)進入犁鼻器。
    • 蒐集更多環境資訊:在確定下手前,更完整的嗅覺分析或能提高牠們獵捕成功率,或是幫助判斷環境中是否有其他潛在威脅或機會。

然而,要科學驗證「增強嗅覺假說」同樣不簡單。研究人員不僅要觀察貓咪在卡卡叫時的行為,也需要測量牠們是否真的打開了更大的氣道,並在那個同時有效使用犁鼻器。這些行為與生理測量都必須在相對可控卻又不影響貓自由行動的實驗環境中進行,實務上難度頗高。

聲音模仿:貓咪的「偽鳥叫」?

貓咪的「卡卡聲」或許是為了模仿獵物的聲音,讓獵物降低警戒。圖/envato

第三種最有趣也最具「野性色彩」的假說,是「模仿獵物聲音」。在野外,一些中南美洲的小型貓科動物(例如:長尾虎貓,又稱美洲豹貓或瑪家貓,Margay)曾被觀察到,在捕獵小猴群時,發出類似猴子叫聲的音調;有些當地原住民族群也傳說,叢林裡的某些捕食者會模仿目標獵物的聲音來誘捕。由此推測,家貓看到鳥兒時發出的「卡卡聲」,可能包含些微模仿鳥兒啁啾的元素,試圖降低獵物警戒或甚至吸引獵物靠近。

  • 模仿假說
    • 案例參考:野生貓科動物曾出現學習或偽裝聲音的紀錄。
    • 家貓可能繼承的行為:家貓的祖先——北非野貓(African wildcat)及其他小型貓科物種,是否具備聲音模仿能力?這在生物演化研究上仍是未解之謎。
    • 缺乏大規模觀察:由於小型野生貓科動物研究資料有限,且家貓實驗更不易做大樣本長期追蹤,最終導致此理論尚未獲得廣泛實證。

貓咪行為研究的挑戰:野性祖先的重要性

探討貓咪行為,常常需要回溯至野生祖先的棲地環境。家貓(Felis catus)普遍被認為源自北非野貓(Felis lybica),然而,野貓習性的研究本就不多,尤其是關於聲音與捕獵策略更是資料有限。我們想知道「為什麼家貓會卡卡叫」,首先要確定:「牠們的野性祖先或其他小型貓科,也有同樣的行為嗎?」若有,家貓則可能繼承自古老基因;若無,則可能是家貓在與人類共處的環境中演化出的新行為。

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如果要探查家貓「卡卡叫」的原因,還需要了解其祖先或其他小型貓科是否具有類似行為。圖/envato

再者,貓在實驗室中的「不可控」因素相當多。貓不像狗般樂於服從人類指令,常有自己的規律與個性。要在實驗情境下穩定地誘發貓的「卡卡叫」行為、同時檢測牠們的生理和心理反應,並確保每隻貓的個體差異都被考慮到,這些都對研究團隊是極大考驗。

對於許多貓奴來說,貓咪坐在窗邊,一邊盯著外頭的鳥兒或松鼠,一邊發出獨特的「卡卡聲」,是一幕既可愛又神祕的風景。究竟牠們是在抒發情緒、強化嗅覺、抑或真的在「假扮鳥叫」以誘捕獵物?目前沒有確切的答案。然而,也正因為這層未知,貓貓才更顯得迷人。

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F 編_96
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一個不小心闖入霍格華茲(科普)的麻瓜(文組).原泛科學編輯.現任家庭小精靈,至今仍潛伏在魔法世界中💃