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誰來救救狼王子?談談動物保育的困難處

Sophie Liao
・2016/08/16 ・6574字 ・閱讀時間約 13 分鐘 ・SR值 540 ・八年級

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一個狼群的物種分類,竟然能影響到另一個狼群的保育政策?!在美國,東加拿大狼是定義為灰狼亞種、雜交種或是新物種,都可能影響到北美灰狼是否脫離瀕危的保護狀態。

  • 編按:北美灰狼或許離我們很遙遠,但我們或許可以從這個例子想想台灣的梅花鹿和其他保育動物,有沒有遇到相似的問題,我們又能為牠們做什麼?

還記得 2015 年 7 月一位美國牙醫華特.帕瑪(Walter Palmer)獵殺了辛巴威萬基國家公園(Hwange National Park)的人氣獅王「賽西爾」(Cecil),並且因為取得獵殺授權,所以辛巴威政府無法起訴這位牙醫的故事嗎[1]?賽西爾事件發生過後 5 個月,歐巴馬政府決議將非洲獅列入瀕危物種法案(Endangered Species Act, ESA)的保護物種,包含賽西爾所屬獅種在內的兩個獅子亞種被列為瀕危動物的保護名單。

如果獵人們還認為以後仍然可以在非洲殺了一頭獅子,然後直接就能運回美國展示的話就要小心了;因為法案的限制,往後美國人若要攜帶或進口獅子回美國的審核標準都會提高,若是在已被列為瀕危動物(endangered)的國家內捕獲的「戰利品」更會禁止進口到美國境內。

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獅子王賽西爾的死才讓大家發現人類才是獅子真正的敵人。圖/paulafrenchp@flickr

根據生物多樣性中心所列數據顯示,在瀕危物種法案裡列出的瀕危以及受到威脅(threatened)的物種已經包含 2,244 種,而其中就有 1,618 種是在美國,包含:884 種植物、307 種無脊椎動物,像是昆蟲,軟體動物、163 種魚類、95 種鳥類、96 種哺乳動物、36 種爬行動物、35 種兩棲類動物,以及另外 2 個是真菌一一地衣。

從 1973 年法案通過以來,瀕危物種法案已經是美國有史以來通過最全面的物種保護法案,但在北美,瀕危的東加拿大狼(Eastern Wolf, Canis lycaon),又名東部狼、東部灰狼或阿爾岡金狼(Algonquin)卻並未列在瀕危物種法案的保護物種之一

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東加拿大狼。圖/WikimediaCommons

是誰決定東加拿大狼是否能受到保護?

在探討為什麼東加拿大狼沒有被列入瀕危動物的原因之前,我們可以先了解負責執行瀕危物種法案的美國魚類及野生動物管理局(United States Fish and Wildlife Service, FWS,以下簡稱動管局)到底都做些甚麼?根據動管局的說明,動管局於 1940 年成立,隸屬於美國內政部,主要任務是為全美國人的福祉,與其他人共同合作保存保護以及改善魚類野生動植物以及其棲息地

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美國魚類及野生動物管理局的logo。圖/Wikipedia

動管局必須依據生態原則、魚類和野生動物的科學知識和道德責任,協助拓展各項環境管理準則,指導全國性的魚類以及野生動植物資源的保存與管理,並且監督全國性計畫以教育社會大眾理解並珍惜魚類以及野生動植物的資源。主要執行的計畫包含:

  • 強化野生動物保護法
  • 保護瀕危動物
  • 處理候鳥遷徙
  • 保存全國性的漁業資源
  • 保存野生動物的棲息地,例如濕地
  • 幫助國外政府提升其保育能量
  • 野生動植物以及魚類保育計畫分配財政資金

以更新到 2016 年 3 月的數據為例,動管局現在管理的國家野生動物保護區系統已經超過 1.5 億英畝(幾乎相當於 61 萬平方公里,也就幾乎是 17 個台灣的大小),包含 560 個以上的國家野生動物保護區、數千個小的濕地以及其他特殊的管理區域。在漁業項目計畫之下,動管局還管理了 70 個國家級的魚類孵化場,65 個漁業資源辦公室和 86 個生態服務站。基於大多數的動植物以及魚類棲息地皆非國家所屬的土地資源,動管局也利用公民自願參與的夥伴計畫做為主要的棲息地保存方式。以華盛頓特區為總部,目前約有 9000 人分布在全美國各區域協助動管局的相關業務。

在北美,灰狼(gray wolf, Canis lupus)和體型比較嬌小的郊狼(coyote, Canis latrans)長久以來被視為兩大主要犬科動物。但體型介於灰狼與郊狼之間的紅狼(Red wolf, Canis rufus)一一分佈在美國東南岸,以及東加拿大狼一一分布區域從五大湖(The Great Lakes)延伸到加拿大東岸,也被動管局歸類為兩種「不同的物種」,但卻有著完全不同的命運。

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紅狼在 1973 年瀕危物種法案頒布後即被列為瀕危物種,並從 1980 年起開始執行復育計畫,但隨著紅狼已經可直接與郊狼交配,要達到「純」種紅狼的保育計畫在執行上是相當困難的。反之東加拿大狼卻從未被列在瀕危動物名單裡,更具爭議的是,在 2012 年,美國動管局還將東加拿大狼的存在與棲息區域作為一技術手段,提出美國應撤銷對於灰狼的保護

「若今天我們說東加拿大狼是獨立物種的話,因為東加拿大狼的棲息地與法案認定之灰狼的棲息地有所重疊,這就表示我們所謂灰狼的棲息地域是錯誤的,在這個前提之下,我們應該撤銷對灰狼的瀕危動物保護。」[2]

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躺著也中槍的灰狼。圖/pixabay

灰狼與東加拿大狼本一家

2016年 7 月,《先進科學期刊》(Advanced Science)刊出的研究指認出在現行瀕危物種法案之下,狼群保護的問題。根據普林斯頓大學的范霍德(VonHoldt)團隊的研究報告,從基因比對結果來看,原先被動管局認定是兩種不同物種的紅狼東加拿大狼實際上其實是近親,並且還是北美灰狼郊狼(coyote, Canis latrans)的雜交種(Hybrid)。

儘管動管局認為美國應撤銷對灰狼的瀕危動物保護,但其他的科學家對此看法產生質疑。他們認為會誕生出「灰狼與郊狼雜交種」的紅狼和東加拿大狼,實際上就是因為灰狼被大量獵捕而變得稀少,導致灰狼必須尋找其他狼群來做為其交配對象。為了釐清北美狼群的歷史由來,范霍德實驗團隊分析了 28 種犬科動物的基因序列——包含亞洲、墨西哥、加拿大以及美國的狼群和馴化的犬隻——每一個類別都包含將近 30 億個鹼基,藉此釐清犬科動物的演化歷史,了解個別動物的近親以及它們複雜的血緣關係。

運用全基因組序列(whole-genome sequence)比對基因的排列順序,范霍德實驗室的研究團隊發現歐亞狼群是在 6,000 到 117,000 年之前,分成兩種不同的血統。相比於之前的研究團隊利用化石鑑定,得到的時間是在一百萬年之前要來的近代許多。演化生物學家布里奇特.范霍德(Bridgett VonHoldt)表示「北美灰狼與郊狼實際上是近親關係,就算是不互相交配的灰狼與郊狼,我們也發現到它們擁有相同的基因。」

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但研究團隊還發現更多的郊狼基因出現在紅狼以及東加拿大狼之間更加推翻東加拿大狼的純種說。位於加拿大的阿岡昆公園(Algonquin Provincial Park),一般認定為擁有「純種」東加拿大狼的棲息地,科學家發現位於阿岡昆的狼群擁有 32% 的郊狼血統,而魁北克的狼群更高達 50% 的郊狼血統。研究團隊因此推測紅狼與東加拿大狼是在歐洲人抵達北美後才誕生的灰狼與郊狼的雜交種狼群,並且可能是灰狼逃過獵殺以及棲息地縮小後與郊狼交配而發展出的延續物種。「紅狼以及東加拿大狼不該被認為是單獨的物種」來自加州大學洛杉磯分校的此篇論文共同作者羅伯.韋恩(Robert Wayne)表示「實際上我們在它們(紅狼和東加拿大狼)身上找不到灰狼或郊狼以外的基因。」

但也有其他科學家針對此研究提出質疑;來自加拿大川特大學(Trent University)研究保護遺傳學的保羅.威爾森(Paul Wilson)認為范霍德實驗室的研究團隊在提出此結論前,應該要再比對更多東加拿大狼的基因樣本。

所以東加拿大狼值得保護嗎?

儘管雜交種是否能代表一個新的物種是演化生物學家們爭辯不休的話題,但這個研究的意義或許是在於即便不是純種的物種也可能需要保護。「雜交(Hybridization)是一個自然而且常見的演化過程」韋恩表示「東加拿大狼與紅狼的基因裡包含了演化的脈絡:像是哪些狼群的基因更適合居住在這些棲息地,哪些基因又更適合適應這些人類佔領的棲息地。」范霍德實驗室的研究團隊表示「東加拿大狼和紅狼同樣值得被重視和保護,而動管局對於灰狼需在瀕危動物名單上除名的論述是不成立的。」

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狼群的生存棲地與人類的生存棲地互相重疊時,我們可以做甚麼?圖/pixabay

其他科學家則表示這篇論文碰觸到在自然環境下,演化生物學的複雜性與需要精確定義的社會保護法規的差異。在范霍德實驗室(VonHoldt’s lab)擔任博士後研究員的琳達.拉特利奇(Linda Rutledge),表示「這個研究顯示在動物世界裡混合的血統來源其實是常見的,甚至是傳統上我們認定為純種的動物」她繼續補充說「並且這個研究告訴我們對於混種(血)物種,我們的動物保護政策有多過時。」但現實上,為了達到研究提出的雜交種動物保護目標,整個瀕危物種法案都會需要重新修改。在加拿大,東加拿大狼已被列為保育動物,因此部分的保育人士希望能把東加拿大狼也列入保育名冊,但在美國法律的認定之下,雜交種動物還無法列入保護。

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另外諷刺的是,因為本次的研究發現,動管局可能會把紅狼也一併除名,因為紅狼也是雜交種之一。「這個研究提出許多狼群的參考數據,結果卻反而讓這紅狼與東加拿大狼失去更多的保護。」黃石國家公園(Yellowstone National Park)的狼群保育計畫(wolf restoration project)負責人道格.史密斯(Doug Smith)說。

本研究的主要作者,普林斯頓大學的演化生物學家布里奇特.范霍德(Bridgett VonHoldt)指出「這個研究主要目的就是喚起人們對於紅狼以及東加拿大狼保育的重視,同時能重新檢視我們非黑即白的物種政策」。

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躺著也中槍的紅狼。圖/RedWolf@flickr

目前,雜交種動物是否能受到瀕危物種法案的保護,其實一直是一個灰色地帶美國動管局也仍拒絕對范霍德教授的論文內容發表任何評論。雪上加霜的是,從 1994 年開始,美國灰狼的復育行動逐漸出現成效,例如,至 2002 年為止,落磯山脈區域復育的灰狼數量已足使動管局將灰狼自保護動物名單上除名;在五大湖、黃石國家公園以及美國南方,也都觀察到灰狼數量的逐漸提升。若動管局最終將灰狼從瀕危動物名單除名,就表示獵人將有獵殺灰狼的權利,即使東加拿大狼的雜交種說得到更多人的認同,或許也難以撼動動管局所持的立場,因為即便東加拿大狼是灰狼和郊狼的雜交種,但郊狼並不受瀕危動物保護,這使東加拿大狼的地位變得有些尷尬。

就動管局目前的態度,我們可自 2011  年由威斯康辛自然生態局出版的〈東加拿大狼評估報告〉略窺知一二:「直到各方對於技術用語,包含物種(species)、雜交(hybridization)或基因滲入(introgression)等定義有明確共識之前,所有科學上對於演化祖先的分類以及東加拿大狼的分布區域比例仍有爭論空間」。

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最後,我們也可以想想的是:在台灣,我們是否也有跟美國灰狼在瀕危動物的保育上,所可能遇到相類似的問題。例如,墾丁國家公園的梅花鹿,是曾經野外滅絕的動物,然而在政府多年的復育之下,野外的梅花鹿數量由 233 頭已回升至一千多頭。北美灰狼和台灣梅花鹿同樣是受到人類棲息地的擴張,在野外幾乎滅絕(說幾乎是因為科學家在當時都無法收集到灰狼和梅花鹿在野外行跡的證據),北美灰狼從 1973 年瀕危動物法案通過後,便一直受到瀕危動物的保護,但有著類似命運的台灣梅花鹿卻從不在野生動物保育法的範疇。就我國目前的野生動物保育法而言,復育後的梅花鹿,因於野外滅絕[3]後經人為復育而野放,而無法納入「野生」動物的保護範圍,即便台大動物科學技術系朱有田教授已證實:台灣古代梅花鹿之 DNA 和墾丁野放梅花鹿之 DNA,具備血統的相關性。又對於墾丁國家公園附近的居民而言,這些造成他們困擾的梅花鹿,或許也是欲除之而後快。

究竟墾丁的梅花鹿是否應該有法律上的保護?而我們對於動物保育的執行,又是否應該跳脫出種種技術性與專業科學名詞等等的限制,而得對我國自然生態的多樣性及永續發展,產生最大的效益?美國的東加拿大狼,或許住在離我們時差十幾個小時的地方,但其保育與否的爭議,與其背後隱藏的種種問題,卻也是身在千里之外台灣的我們值得省思的。

  • 本文感謝莫先生,與其他匿名審查人士提供相關意見參酌。

延伸閱讀:

備註:

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  • 註一:本篇文章內容僅涵括至截稿日二零一六年八月十四日為止之相關新聞報導與文獻,若截稿日後該諸相關參考資料有所變動,讀者應以較新或經校正者為準。
  • 註二:本篇文章內容僅涵括作者本人在職期間與手邊有限資源能取得之最大範圍內相關新聞報導與文獻,若有其他相關參考資料與本文所述內容相牴觸,而有客觀方式能認定其較本文正確者,讀者應以該較新或經校正者為準。

內文註解:

  • 第一,這個故事會引起大家關注是因為美國牙醫帕瑪是合法的獵人,先前也有獵捕大型動物的紀錄。雖然他宣稱在辛巴威他完全依照當地辛巴威獵人的指示,但是萬萬沒想到竟然殺到鼎鼎大名的賽西爾,而且還拍攝了獵殺後的照片引起全球公憤,還引發明尼蘇達當地的大型抗議活動。但長久以來,辛巴威政府也必須靠捕獵獅子賺取相對的營收,即便捕獵已經是造成威萬基國家公園的獅子瀕危的主要原因之一。若對賽西爾的故事有興趣,可以看看英國衛報的追蹤報導
  • 第二,美國動管局原先將東加拿大狼認定為灰狼之亞種,因此當動管局調查認為實際居住在美國東北岸的大多數狼群都是東加拿大狼,且動管局未查到灰狼有在當地居住的證據時,便提出在這些區域中將灰狼從瀕危動物名單除名,在動管局官方網頁上仍可看到將灰狼除名的看法。但對於東加拿大狼是否就因此列入保護名單,動管局至今未發表相關意見。范霍德實驗室的研究學者因此認為若今天能證明東加拿大狼是灰狼與郊狼的混種,且觀察到郊狼往東部擴大其棲息地範圍,或許就能推論是灰狼受到生存威脅因此才與郊狼交配,因此霍德實驗室的研究學者對動管局的推論才存在相當的質疑,推論引用原文如下,「However, the endangered eastern wolf, which was only recently recognized as a distinct species (8–14) and is currently restricted to a small portion of its historic range, would not be listed under the current political landscape. Instead, the acceptance of the eastern wolf species has led the USFWS to propose the delisting of the gray wolf. The reasoning for this action is that the historical range of the eastern wolf is hypothesized to include the Great Lakes region and 29 eastern states to the exclusion of the gray wolf (11, 15, 16). Because the geographic range of the gray wolf as originally listed in the 1975 ESA petition included these areas, the USFWS subsequently proposed that the entire original listing was invalid.。」
  • 第三,在台灣預備進行梅花鹿復育時,野外梅花鹿已在1973年的調查報告中認定絕跡,只剩木柵動物園還有少數馴養的梅花鹿,因此後來是以木柵動物園的梅花鹿進行復育,所以我們在說明上以野外滅絕而非絕種來形容當時的梅花鹿分布會較為精確。而野生動物保育法認定之「野生動物」必須屬於在條文公布時仍在野外有生存蹤跡的動物,但因當時梅花鹿只剩下少數受人類馴養,因而有所謂「野生動物」認定上的困難。

論文出處:

參考資料:

  1. Virginia Morell, “How do you save a wolf that’s not really a wolf?” [July 27, 2016]
  2. Reuters in Harare, “Cecil the lion: Zimbabwe will not charge US dentist over killing” The Guardians [October 12, 2015]
  3. Official Website of The United States Fish and Wildlife Service
  4. Department of the Interior U.S. Fish and Wildlife Service, “Endangered Species Act ot 1973, As Amended through the 108th Congress
  5. The United States Fish and Wildlife Service, “Endangered Species Act Basic
  6. Becky Ferreira, “The Red Wolf Is Mostly Coyote” [July 27, 2016]
  7. FWS, Wolf – Western Great Lakes, “Final Decision to Delist Wolves in the Western Great Lakes
  8. 墾丁國家公園管理處,台灣梅花鹿復育計畫
  9. 朱有田,國立台灣大學, 墾丁國家公園臺灣梅花鹿繁殖群基因多樣性保存及應用計畫
  10. 王穎,中華民國國家公園學會,墾丁國家公園及鄰近地區野生臺灣梅花鹿調查及其族群經營管理探討(二)
  11. 復育30年有成 墾管處要為梅花鹿爭取「野生」定位,環境資訊中心
  12. 林均翰,臺灣梅花鹿的消逝、重生與危機,關懷生命協會
  13. 中央研究院生物多樣性研究中心,台灣物種名錄
  14. 行政院農委會林務局,保育類野生動物名錄(103年7月2日生效)
  15. LCA秘書處,誰來保護人工復育梅花鹿?關懷生命動物協會 [May 12, 2014]
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Sophie Liao
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泛科學實習編輯,台大化工系畢,涉獵領域包含文學、化學到能源,現在是Big Bang Theory前兩季的忠實觀眾與科學宅,最愛電影之一是星際大戰第六集,家裡尚無光劍。

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從遺傳學角度剖析:女性能在體育場上超越男性嗎?——《運動基因》
行路出版_96
・2024/08/10 ・3712字 ・閱讀時間約 7 分鐘

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科學期刊的預言:女性能追趕甚至超越男性?

我在 2002 年還在讀大四時,第一次看到兩位 UCLA 生理學家的論文〈不用多久女性就會跑得比男性快?〉,當時我覺得這個標題很荒謬。在那之前我花了五個賽季,進行 800 公尺中距離跑步訓練,成績已經超越世界女子紀錄。而且我還不是自己接力隊上跑最快的。

但那篇論文發表在《自然》(Nature)期刊上,這是世上極具聲望的科學期刊,所以一定有些道理。大眾就是這麼認為的。《美國新聞與世界報導》雜誌在 1996 年亞特蘭大奧運之前,對一千個美國人做了調查,結果其中有三分之二認為,「終有一天頂尖女運動員會勝過頂尖男運動員」。

1996 年亞特蘭大奧運前,一千位美國人中有三分之二認為,「終有一天頂尖女運動員會勝過頂尖男運動員」。 圖/envato

《自然》期刊上那篇論文的作者,把男子組和女子組從 200 公尺短跑到馬拉松各項賽事歷年的世界紀錄畫成圖表,發現女子組紀錄進步得遠比男子組急速。他們用外推法從曲線的趨勢推斷未來,確定到 21 世紀前半葉,女性就會在各個賽跑項目擊敗男性。兩名作者寫道:「正因進步速度的差異實在非常大,而使(兩者)差距逐漸縮小。」

2004 年,趁著雅典奧運成為新聞焦點之際,《自然》又特別刊出一篇同類型的文章〈2156 年奧運會場上的重要衝刺?〉(Momentous Sprint at the 2156 Olympics?)──標題所指的,正是女子選手會在 100 公尺短跑比賽中,勝過男子選手的預計時間。

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2005 年,三名運動科學家在《英國運動醫學期刊》發表了一篇論文,省去問號開門見山在標題宣稱:〈女性終將做到〉(Women Will Do It in the Long Run.)。

難道男性主導世界紀錄的情況,始終是歧視女性、把女性排除於競技場外的結果?

20 世紀上半葉,文化規範與偽科學嚴重限制了女性參與運動競技的機會。在 1928 年阿姆斯特丹奧運期間,有媒體(捏造)報導指稱,女性選手在 800 公尺賽跑後筋疲力竭地躺在地上,這讓一些醫生和體育記者十分反感,使得他們認為這個比賽項目會危害女性健康。《紐約時報》上有篇文章就寫:「這種距離太消耗女性的體力了。」〔1〕那幾屆奧運之後,在接下來的三十二年間,距離超過 200 公尺的所有女子項目,都突然遭禁,直到 2008 年奧運,男女運動員的徑賽項目才終於完全相同。但《自然》期刊上的那幾篇論文指出,隨著女性參賽人數增多,看起來她們的運動成績到最後可能會與男性並駕齊驅,甚至比男性更好。

運動能力的基因密碼:性別差異的生物學根源

我去拜訪約克大學的運動心理學家喬.貝克時,我們談論到運動表現的男女差異,尤其是投擲項目的差異。在科學實驗裡證實過的所有性別差異中,投擲項目一直名列前茅。用統計學術語來說的話,男女運動員的平均投擲速度相差了三個標準差,大約是男女身高差距的兩倍。這代表如果你從街上拉一千個男子,其中 997 人擲球的力氣會比普通女性大。

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不過貝克提到,這種情形可能是反映女性缺乏訓練。他的太太是打棒球長大的,輕輕鬆鬆就能贏過他。他打趣說:「她會發出一束雷射光。」那麼這是生物學上的差異嗎?

男性和女性的 DNA 差異極小,僅限於在女性身上為X或男性為Y的那單一染色體。姊弟或兄妹從完全相同的來源取得基因,透過重組母親和父親的 DNA,確保兄弟姊妹絕對不會相近到變成複製人。

性別分化過程大部分要歸結到 Y 染色體上的「SRY 基因」,它的全名是「Y 染色體性別決定區基因」。若要說有「運動能力基因」,那就非 SRY 基因莫屬了。人類生物學的安排,就是讓同樣的雙親能夠同時生育出男性的兒子和女性的女兒,即使傳遞的是相同的基因。SRY 基因是一把 DNA 萬能鑰匙,會選擇性地啟動發育成男性的基因。

我們在生命初期都是女性──每個人類胚胎在形成的前六週都是女性。由於哺乳動物的胎兒會接觸到來自母親的大量雌激素,因此預設性別為女性是比較合算的。在男性身上,SRY 基因到第六週時會暗示睪丸及萊氏細胞(Leydig cell)該準備形成了;萊氏細胞是睪丸內負責合成睪固酮的細胞。睪固酮在一個月之內會不斷湧出,啟動特定基因,關閉其他基因,兩性投擲差距不用多久就會出現。

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男孩還在子宮時,就開始發育出比較長的前臂,這使得他們日後投擲時會做出更有力的揮臂動作。儘管男孩和女孩在投擲技能方面的差異,不如成年男性和女性之間那麼顯著,但這種差異在兩歲幼童身上已經很明顯了。

性別分化過程大部分要歸結到 Y 染色體上的「SRY 基因」,會選擇性地啟動發育成男性的基因。 圖/envato

文化與訓練的影響:投擲項目中的性別差距

為了確定孩童之間的投擲差距有多少與文化有關,北德州大學和西澳大學的科學家組成團隊,共同測試美國孩童與澳洲原住民孩童的投擲技能。澳洲原住民沒有發展出農業,仍過著狩獵採集生活,他們教導女孩丟擲戰鬥及狩獵用武器,就像教導男孩一樣。這項研究確實發現,美國男孩和女孩在投擲技能上的差異,比澳洲原住民男孩和女孩之間的差異顯著許多。不過儘管女孩因為較早發育長得較高較壯,男孩仍比女孩擲得更遠。

普遍來說,男孩不僅比女孩更善於投擲,視覺追蹤攔截飛行物的能力往往也出色許多;87% 的男孩在目標鎖定能力的測試上,表現得比一般女孩好。另外,導致差異的部分原因,至少看起來是因為在子宮的時期接觸到了睪固酮。由於先天性腎上腺增生症,而在子宮裡接觸到高濃度睪固酮的女孩,上述項目的表現會像男孩一樣,而不像女孩;患有這種遺傳疾病的胎兒,腎上腺會過度分泌男性荷爾蒙。

受過良好投擲訓練的女性,能輕易勝過未受訓練的男性,但受過良好訓練的男性,表現會大幅超越受過良好訓練的女性。男子奧運標槍選手擲出的距離,比女子奧運選手遠大約三成,儘管女子組使用的標槍比較輕。此外,女性投出的最快棒球球速的金氏世界紀錄是 65 mph(相當於時速 105 公里),表現不錯的高中男生的球速經常比這還要快,有些男子職業球員可以投出超過 100 mph(相當於時速 160 公里)的球速。

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在跑步方面,從 100 公尺到 1 萬公尺,經驗法則是把菁英級表現差距定在 11%。從短跑到超級馬拉松,不管任何距離的賽跑,男子組的前十名都比女子組的前十名快大約 11%。〔2〕在職業等級,那就是個鴻溝。女子組的 100 公尺世界紀錄,跟 2012 年奧運男子組的參賽資格還差了四分之一秒;而在一萬公尺長跑,女子組的世界紀錄成績,與達到奧運參賽資格最低標準的男選手相比落後了一圈。

不論距離,男子組前十名的跑步速度普遍比女子組快約 11%。圖/enavato

投擲項目與純爆發力型運動項目的差距更大。在跳遠方面,女子選手落後男子 19%。差距最小的是長距離游泳競賽;在 800 公尺自由式比賽中,排名前面的女子選手,與排名前面的男子選手差距不到 6%。

預言女性運動員將超越男性的那幾篇論文暗示,從 1950 年代到 1980 年代,女性表現的進展遵循一條會持續下去的穩定軌跡,但在現實中是有一段短暫爆發,隨後趨於平穩──這是女子運動員,而非男子運動員進入的平穩期。儘管到 1980 年代,女性在 100 公尺到 1 英里各項賽跑的最快速度,都開始趨於穩定,但男子運動員仍繼續緩慢進步,雖然只進步一點點。

數字很明確。菁英女子選手並未趕上菁英男子選手,也沒有保持住狀況,男性運動員則在非常慢地進步。生物學上的差距在擴大。但為什麼原本就有差距存在?

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註釋

  1.  各報上氣不接下氣地報導 800 公尺女子選手紛紛倒在跑道上。正如運動雜誌《跑步時代》(Running Times)2012 年的一篇文章指出的,實情是只有一個女子選手在終點線倒下,其餘三名都打破了先前的世界紀錄。據稱人在現場的《紐約郵報》記者寫道,「11 位淒慘的女性」當中有 5 人沒有跑完,5 人在跑過終點線後倒下。《跑步時代》報導說,參賽的女運動員只有 9 個,而且全部跑完。
  2. 過去普遍認為,隨著比賽距離拉長,女子賽跑選手會超越男子選手。這是克里斯多福.麥杜格(Christopher McDougall)在《天生就會跑》這本很吸引人的書裡談到的主題,但不完全正確。成績非常優秀的跑者之間的 11% 差距,在最長距離和最短距離同樣穩固存在。儘管如此,南非生理學家卻發現,當一男一女的馬拉松完賽時間不相上下,那個男士在距離短於馬拉松的比賽中通常會贏過那個女士,但如果競賽距離加長到 64 公里,女士就會跑贏。他們報告說,這是因為男性通常比較高又比較重,比賽距離越長,這就會變成很大的缺點。然而在世界頂尖超馬選手當中,男女體型差異比一般群體中的差異小,而 11% 的成績差距,也存在於超級長距離的最優秀男女選手之間。

——本文摘自 大衛・艾普斯坦(David Epstein)運動基因:頂尖運動表現背後的科學》,2020 年 12 月,行路出版,未經同意請勿轉載

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不抽菸也會得肺癌?PM2.5 如何「叫醒」沉睡的癌細胞?
PanSci_96
・2024/06/25 ・4403字 ・閱讀時間約 9 分鐘

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不好意思,你很可能會得這種癌症。其實,我也是。

它就是台灣十大癌症榜首,肺癌。

現在,根據 2023 年 11 月衛福部發布的最新統計數字,肺癌一年的新增病人數已經超越大腸直腸癌,成為台灣每年癌症發生人數之最,堪稱臺灣人的「國民病」。

可怕的是,肺癌在癌症之中有三個之最:死亡率最高、發現時已經是晚期的比例最高、醫藥費也最高。現在再加上發生人數最高,堪稱從癌症四冠王。

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你說肺癌是抽菸的人的事?錯!台灣抽菸人口比例在全球排名 30,比日本、韓國、中國和多數歐洲國家都還低!顯然抽菸並不是肺癌的唯一主因!那難道是二手菸?還是空污惹的禍?還是台灣人的基因天生脆弱?我們到底要怎麼做才能遠離肺癌?

臺灣人的肺癌特別在哪?癌症和基因有關嗎?

根據衛福部國健署的說法,肺癌人數的增加,其實與 2022 年 7 月開始推動肺癌篩檢的政策有關。

隨著篩檢量的上升,近年內肺癌的確診人數預期還會再往上。

原來是因為篩檢量啊,那就不用擔心了。但換個角度想,這才是肺癌最可怕的地方,它可能已經存在在很多人身體裡,而我們卻沒能發現它。肺癌早期幾乎沒有症狀,高達 50% 的患者發現時已經是第 4 期。屆時不只肺部遍布腫瘤,癌細胞可能還轉移到大腦、骨頭等器官,讓治療變得加倍困難。

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對付肺癌,最關鍵點是愈早發現愈好。按照國健署統計,如果第 1 期就發現,5 年存活率可達九成以上,第 2 期發現降為六成,第 3 期存活率大約三成,一旦到第 4 期,僅僅剩下一成。

當然,最好的方法,就是做好預防,打從一開始就不讓癌細胞誕生。

那麼我們就要先了解問題到底是出在環境,還是你、我身體中的基因? 過去關於肺癌的遺傳研究,多半以歐美國家為主,套用到我們身上總有些牛頭不對馬嘴。幸好,我這裡一份以臺灣人為主角的大規模研究報告,將為我們揭露答案。

這份研究是由中央研究院團隊主導,結合臺灣大學、臺北醫學大學、臺中榮總等單位的研究,還登上生物領域頂尖期刊《Cell》2020 年 7 月的封面故事。非常具有權威性,不能不看。

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同時,這也是全球第一次完整剖析東亞地區肺癌的成因。他們的主題很明確:「為什麼不吸菸也會得肺癌?」

在西方,肺癌病人裡面只有 20% 左右的人不吸菸。但是在臺灣,卻有超過一半的肺癌病人都不抽菸,顯示有其他致癌要素潛伏在基因裡作怪。另外,臺灣肺癌病人的男女比例和西方人也大不同,臺灣女性通常更容易罹患肺癌。 為了瞭解肺癌,研究團隊取得肺癌病人的腫瘤和正常組織,解讀 DNA 序列和蛋白質表現量,最後鑑定出 5 種和西方人明顯不同的變異特徵。

其中最受關注的,是一種 APOBEC 變異,因為它有可能是臺灣女性為什麼容易罹患肺癌的關鍵。

這種變異特徵屬於內生性的,也就是人體機制自然產生的 bug。

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APOBEC 不是指單一基因,它是細胞內負責編輯 mRNA 的一組酵素,包含 11 個成員。主要功用是把胞嘧啶核苷酸(C)轉變尿嘧啶核苷酸(U)。簡單來說,APOBEC 原本是細胞正常活動的一環。但因為它有改寫核酸序列的能力,在 DNA 修復過程同時活躍時,就很有可能出事。這就像是一個創意豐富的阿嬤,看到破損的古畫,就在沒和別人討論的情況下上去東湊西補,用自己的方式重新修復了這件藝術。一個與原本不同的突變細胞可能就這樣產生了。

APOBEC 變異在臺灣女性病人身上特別明顯,舉例來說,60 歲以下沒有吸菸的女性患者,就有高達四分之三有這種變異特徵。研究團隊認為,APOBEC 出錯造成的基因變異可能是導致女性肺癌的關鍵。 除了內生性變異,另外一個容易導致肺癌發生的,就是周遭環境中的致癌物。

致癌物有哪些?

研究團隊總結出 5 種肺癌危險物質:烷化劑、輻射線、亞硝胺(Nitrosamine)、多環芳香烴(PAHs),還有硝基多環芳香烴(Nitro-PAHs)。

其中,亞硝胺類化合物主要來自食品添加物和防腐劑,多環芳香烴大多來自抽菸和二手菸,硝基多環芳香烴則是透過汽機車廢氣和 PM2.5 等毒害肺部。

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圖/unsplash

他們進一步分析,大略來說,女性在不同年紀,致癌因素也有差異。60 歲以下的女性肺癌病人,APOBEC 特徵的影響比較明顯;70 歲以上的女性患者,和環境致癌物的相關度比較高。 既然找到致癌原因,我們該如何著手預防呢?你知道肺癌,其實有疫苗可打!?

空氣污染和肺癌有關嗎?有沒有癌症疫苗?

想預防肺癌,有 2 種對策,一種是「打疫苗」,一種是「抗發炎」。

是的,你沒聽錯,英國牛津大學、跟佛朗西斯.克里克研究所,還有倫敦大學學院在 2024 年 3 月下旬公布,他們正在研發一款預防性的肺癌疫苗,就叫 LungVax。它所使用的技術,和過往牛津大學協同阿斯特捷利康藥廠製造 COVID-19 AZ 疫苗時的方法相似。

他們已經募到一筆 170 萬英鎊的經費,預計未來兩年資金陸續全數到位,第一批打算先試生產 3000 劑。不過,關於這款肺癌疫苗,目前透露的消息還不多,我們挺健康會持續追蹤這方面研究的進展。

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在疫苗出來之前,我們還有第二個對策:抗發炎。發炎和肺癌有什麼關係呢?這就要先回到一個問題:為什麼空污會提高得肺癌的機率呢?

一個很直觀又有力的推測是,空污會導致肺部細胞 DNA 突變,因此而催生出腫瘤。

圖/unsplash

但是修但幾勒,科學要嚴謹,不能只看結果。科學史上發生過很多次表象和真實截然不同的事件,空污和肺癌會不會也是這樣?

2023 年 4 月《Nature》的一篇封面故事,明確地說:Yes!肺癌真的和我們想的不一樣。

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其實早在 1947 年,就有以色列生化學家貝倫布魯姆(Isaac Berenblum)質疑主流觀點,他提出的新假設是:除了 DNA 突變以外,癌細胞還需要其他條件才能坐大。用白話說,就是肺癌是個會兩段變身的遊戲副本頭目,正常細胞先發生變異,接著再由某個條件「扣下扳機」,突變細胞才會壯大成腫瘤。

也就是説,只要攔住任一個階段,就有機會能防範肺癌。假如這論點正確,全球肺癌防治的方向將會直角轉彎。

《Nature》的研究支持這個假說,扭轉了過去 70 多年來的看法。在這項里程碑研究中,臺灣也是要角。

時間回到 2020 年,《Nature Genetics》上發表了一份針對 20 種致癌物質的研究報告,包括鈷、三氯丙烷和異丙苯等,但注意,這研究指出這些致癌物大多沒有增加實驗鼠的 DNA 變異量。

這個現象實在太違反直覺,過了 3 年,疑團還是懸而未決。直到《Nature》的跨國研究出爐,才解開部分謎底。

英國倫敦佛朗西斯.克利克研究所主導 2023 年的一項研究,他們鎖定對象為肺腺癌。肺腺癌是典型「不吸菸的肺癌」,台灣每 4 個肺癌病人就有 3 人是肺腺癌,尤其是女性肺腺癌患者有高達九成不抽菸。 為了抽絲剝繭探明空污和肺癌的關係,研究團隊聚焦在肺腺癌患者常發生的表皮生長因子受體基因變異,縮寫 EGFR。他們收集英國、加拿大、韓國和臺灣四國大約 3 萬 3 千名帶有 EGFR 突變的病人資料,進行深入分析,並且發現 PM2.5 和肺腺癌發生率有顯著關聯。研究團隊進一步用小鼠做試驗,把小鼠分成吸入和未吸入 PM2.5 兩組,結果發現吸入組更容易長出惡性腫瘤。

圖/pexels

到目前為止都還不算太意外,然而,團隊切下肺部細胞、分析 DNA 以後發現,DNA 的突變量居然沒有明顯增加!但是有另一件事發生了:堆積在肺的 PM2.5 顆粒會吸引免疫細胞從身體各處聚集過來,並分泌一種叫做 IL-1β 的發炎因子,導致肺組織發炎。

這下子有趣了,根據克利克研究所團隊的檢驗結果,估計每 60 萬個肺部細胞有 1 個帶有 EGFR 突變,這些細胞在發炎環境裡會快馬加鞭生長。相反的,當他們給小鼠注射抑制 IL-1β 的抗體,肺癌發病率就跟著下降。 《Nature》一篇評論引述美國加州大學舊金山分校分子腫瘤學專家波曼(Allan Balmain)的看法。他總結說,空污致癌的主要機制,可能不是因為空污誘發了新突變,而是持續發炎會刺激原本已帶有突變的細胞生長。換句話說,本來在熟睡的壞細胞會被發炎反應「叫醒」。

這會給肺癌防治帶來巨大衝擊,這樣一來,問題就從「用公衛或醫療方法防止 DNA 變異」變成了「如何抑制發炎」。

人體的細胞每天不斷分裂,用新細胞替換老舊細胞。但是這就像工廠生產線,良率無法百分百,組裝幾十萬產品難免會做出幾件瑕疵品,也就是帶有基因突變的細胞。換句話說,從自然界角度來看,DNA 變異是一種自發現象,醫療手段實際上幾乎不可能阻止。

但是,降低發炎卻是有可能做到的,例如注射抑制 IL-1β 因子的抗體。不過,就公共衛生來說,要給幾千萬人施打抗發炎因子藥物根本不切實際,因為太花錢,而且也可能造成其他的副作用。 波曼在《Nature》評論裡建議,透過簡易可行的飲食方式來降低體內發炎,或許有機會減少某些癌症的風險。這也就是說,科學家應該重新回來審視,怎樣把每天的生活點滴點石成金變成防癌手段。

圖/unsplash

這也等於預告了肺癌的下一階段研究方向,除了內科、外科醫療科技持續精進,尋求預防惡性疾病的最佳飲食要素,也成為聚焦重點。

也想問問你,關於肺癌,你最看好的下一個突破是什麼呢?

  1. 希望有篩檢技術 2.0,不但百發百中,如果連X光都不必照,只要抽血就能順便驗出有沒有癌細胞,那該多好。
  2. 當然是癌症疫苗,最好是能一勞永逸。
  3. 科學證實有效的抗發炎防癌食物組合,我一定立刻加入菜單,不過還是希望味道要好吃啦。

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侏羅紀公園的場景可能真實發生?生物複製技術有哪些發展?複製人要出現了嗎?
PanSci_96
・2024/06/15 ・5062字 ・閱讀時間約 10 分鐘

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如果用我們的基因製造複製人,可以代替我們上班上課嗎?想像一下,如果世界上每個人都有一個雙胞胎分身?或者,如果我們可以克隆出已故的名人?甚至複製已故的寵物或親人?

當然,這些都是幻想,但複製生物技術的發展正在讓這個幻想漸漸變為現實⋯⋯

科幻小說的故事照進現實,在技術層面上有哪些困難?道德上又會引發哪些問題呢?

讓我們一起探索這項驚人技術的曲折歷程吧!

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今天的文章將會回答以下問題:

  1. 複製生物技術的早期實驗有哪些?又帶來什麼影響?
  2. 基因複製技術最大的困難是什麼?
  3. 複製技術面臨哪些主要挑戰和倫理道德問題呢?
  4. 複製生物技術除了複製生物還能有哪些應用?

克隆實驗早期的探索與突破?

複製生物技術的發展是一個漫長而曲折的過程,從 19 世紀末的早期實驗,到 20 世紀中葉的技術突破,再到 21 世紀的應用與挑戰。

胚胎實驗的歷史可以追溯到 19 世紀末,當時德國生物學家杜里舒(Hans Driesch,1867-1941)進行了一項開創性的實驗。他通過搖晃的方式將四個海膽胚胎細胞分離,並觀察到每個分離的細胞都能發育成完整的幼體,儘管體型較小。這一實驗證明了早期胚胎細胞具有全能性(totipotency),即早期胚胎的每個細胞都能發展成完整個體,這為後來的細胞核移植技術奠定了基礎。

圖/giphy

在 20 世紀初,植物學家發現通過嫁接和分裂植物組織可以產生與母體相同的植物。奧地利植物學家戈特利・哈伯蘭特(Gottlieb Haberlandt,1854-1945)提出了「植物細胞全能性」(totipotency)的概念,即每個植物細胞都具有發育成完整植物的潛力。哈伯蘭特的實驗主要是通過無菌技術培養植物細胞,雖然當時他並未成功培育出完整的植物,但他的理論和研究為後來的植物組織培養和克隆技術奠定了基礎。

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1914 年,德國生物學家漢斯・斯佩(Hans Speman,1869-1941)進行了另一個具有里程碑意義的實驗。他利用了一根嬰兒頭髮製作的環狀結,將其繫在受精的蠑螈卵細胞上,並將細胞核推到一側。當細胞核所在的一側開始分裂成多個細胞後,他鬆開結讓一個細胞核滑回未分裂的細胞一側,從而產生了兩個獨立的細胞群,這些細胞群最後發育成了兩個完整的胚胎。這是最早的核移植(nuclear transfer)實驗,顯示了細胞核在胚胎發育中的重要性​。

20 世紀中葉,科學家們進一步推動了克隆技術的發展。1952 年,美國科學家羅伯特・布里格斯(Robert Briggs,1911-1983)和湯瑪斯・金恩(Thomas Joseph King,1921-2000)首次成功地將青蛙胚胎細胞的細胞核移植到去核的卵細胞中,並培育出蝌蚪,雖然這些克隆青蛙無法存活至成年,但這實驗證明了細胞核可以在去核卵母細胞中重新編程,進而發育成新個體。

圖/giphy

桃莉羊的誕生:克隆技術的重要里程碑

克隆技術的重大突破出現在 1996 年,當時英國羅斯林研究所的伊恩・威爾穆特(Ian Wilmut,1944-2023)和基思·坎貝爾(Keith Campbell,1954-2012)成功地克隆了第一個成年哺乳動物,也就是廣為人知的——桃莉羊(Dolly)。他們使用的是一隻成年綿羊的乳腺細胞核,將其移植到一個去核的卵細胞中,最終培育出桃莉。這一成就震驚了全世界,因為它證明了成體細胞的基因信息可以被重置為胚胎狀態,並成功發育成為一個完整的生物體,標誌著克隆技術的一個重要里程碑​。

1996 年,成功地克隆了第一個成年哺乳動物,也就是廣為人知的——桃莉羊(Dolly)。圖/wikipedia

桃莉羊的誕生引發了廣泛的科學和倫理討論。一方面,科學家看到了複製技術在醫學研究、保護瀕危物種以及農業中的潛力。另一方面,社會各界對複製技術的倫理問題表示擔憂,特別是人類複製的可能性。

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桃莉羊的成功開啟了克隆技術的新篇章,此後,小鼠、牛、山羊等多種哺乳動物相繼被成功複製,展示了這一技術的廣泛應用潛力。同時,科學家們將目光投向了更為複雜的靈長類動物。

靈長類動物的複製技術在 21 世紀取得了進一步的突破。2018年,中國科學家成功利用與桃莉羊相同的「體細胞核轉植」技術複製出兩隻有相同基因的長尾彌猴「中中」和「華華」,標誌著克隆技術的又一個突破​。2020年中國又成功複製了恆河猴,並取名為「ReTro」,不同於印象中印象中複製動物壽命都很短或是飽受疾病之苦,ReTro 在今年(2024年)已經要滿四歲了,是首隻平安長大成年的複製恆河猴。

複製技術的挑戰?

儘管克隆技術在基因層面上已經相對成熟,但要複製出健康的個體仍然面臨巨大挑戰。許多克隆動物都表現出健康問題,如免疫系統缺陷、心血管問題、早衰、壽命縮短或在在肝、腎、肺、大腦、關節等地方產生發育上的缺陷,也有部分出現體型異常巨大的問題​​。例如綿羊的正常壽命約在 12 年左右,但桃莉羊在 6 歲時,就因關節炎與肺部感染而去世。

這主要是因為,細胞核在卵細胞中的重新啟動過程容易出現問題,導致克隆個體可能存在基因表達異常。即便是中國科學院成功複製的 ReTro 也只是難得成功的個案。

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基因複製出的人類會和本人完全一模一樣嗎?

克隆技術,特別是克隆人類,涉及複雜的倫理和道德問題。一方面,克隆技術可能會被用來治療某些疾病,或是用於治療遺傳疾病和器官移植,甚至延長壽命;但另一方面,它也可能被濫用,導致倫理危機。例如,克隆人類可能引發身份認同問題,並挑戰現有的社會和家庭結構​,反對者擔心擔心這樣的技術會對社會和人類本質造成不可預見的影響。

如果突破細胞核重新啟動的困境,複製出來的克隆人會和本人完全一樣嗎?

答案是:「不會」。

圖/imdb

美國演化生物學家阿亞拉(Francisco J. Ayala,1934-2023)在《美國國家科學院院刊》上提出,我們目前進行的生物複製實驗複製的只是「基因型」而非「表現型」。基因型指的是基因組成;而表現型指的是包含個體外表、解剖結構、生理機能以及智力、道德觀、審美、宗教價值觀等行為傾向和屬性,還有透過經驗、模仿、學習所獲得的特徵。表現型是基因與環境間複雜作用下的產物。基因型的複製就像是同卵雙胞胎,就算長得再像,他們怎麼樣都不會是「同一個人」。透過生物複製技術基因複製出的克隆人,其實也只不過是跟你擁有相同基因的雙胞胎而已。

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不過目前世界上也存在一種能複製表現型的技術,那就是——「AI」。

隨著人工智能技術的進步,模擬人類個性和行為變得越來越現實。例如,AI 可以通過學習大量數據來模擬特定個體的行為模式,甚至在某些情況下,AI 克隆可能會比生物克隆更具實用性。然而,這也帶來了新的風險,包括隱私泄露、數據濫用等​​。

複製技術在生物醫學領域來能有哪些應用?

複製技術的應用範圍廣泛,涵蓋了醫學研究、農業、生態保護等多個領域。

複製技術在生物醫學領域具有巨大的潛力。幹細胞治療可以利用克隆技術培育出患者自身的幹細胞,從而避免免疫排斥反應。製藥公司可以利用克隆動物來進行藥物測試,提高藥物研發的效率和準確性​。科學家也可以生產出大量具有相同基因組的細胞,用於研究疾病機制和開發新藥。克隆技術被用於創建動物模型,這些模型有助於研究人類疾病的機制和治療方法。例如,科學家利用克隆技術創建了患有阿爾茨海默症和帕金森症的動物模型,這些模型為藥物開發和治療策略的研究提供了重要的工具。

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在農業領域,複製技術被用於繁殖優良品種,增加牲畜的生產力和抗病能力。通過克隆優秀的畜禽個體,農民可以提高產量,降低疾病風險,從而提高農業生產的效益。

此外,複製技術在生態保護方面也有重要的應用。許多瀕危物種由於種群數量減少,面臨滅絕的危險。科學家們利用複製技術試圖保護這些物種,例如,已經有研究成功克隆了瀕危的野生動物,為保護生物多樣性提供了新的方法。

圖/imdb

結論

總結而言,複製生物技術的發展歷程充滿了挑戰和機遇。從早期的胚胎細胞分離實驗,到 20 世紀中葉的核移植技術,再到 1996 年桃莉羊的成功,科學家們在不斷探索和突破。儘管技術上取得了許多進展,但複製健康個體的挑戰仍然存在。此外,倫理和道德問題也不容忽視。未來,隨著技術的不斷進步,克隆技術在生物醫學領域的應用將更加廣泛,但我們也必須謹慎對待其可能帶來的社會和倫理影響,我們需要謹慎管理這項強大的技術,在發揮其潛力的同時,避免可能帶來的社會和倫理風險。

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