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聖誕節不只禮物,還有植物:聖誕紅、槲寄生、紐西蘭聖誕樹的小秘密

Gilver
・2016/12/23 ・3825字 ・閱讀時間約 7 分鐘 ・SR值 472 ・五年級

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世界各地的節慶習俗中,往往少不了植物來湊一咖。在聖誕節,除了必不可少的聖誕樹聖誕紅也是相當應景的裝飾植物。某些植物也因神話或民俗傳說,衍生了許多有趣的故事,譬如說:如果聖誕夜在長有槲寄生的樹下親吻,就能得到幸福。不過,這些植物其實都有一些不為人知的小秘密,如果在聖誕節晚上約會時不小心辭窮了,就讓本篇的植物小知識來支援你的話題吧!(說不定可以把氣氛弄得更糟喔)

聖誕紅:紅的不是花瓣

鮮豔的紅配上沉著的綠,這種讓人很想接一句狗臭屁的前衛配色,在聖誕節的時候反而變成一種討喜的象徵。而在聖誕節,紅花綠葉、花心還鑲著幾粒迷你鈴鐺的聖誕紅(poinsettia,學名Euphorbia pulcherrima)真是再應景不過了!可是,雖然在園藝上也被稱作是一種花材,但你知道:聖誕紅那大紅色的招牌其實不是花瓣嗎?

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比起動物可以直接移動、尋找同類交配,沒有行動力的開花植物得活用各種策略,想辦法讓自己的花粉能夠順利地傳送到同類的雌蕊上,才能繁衍後代。其中一種常見又有效的方法,就是用美麗的「活廣告」吸引傳粉動物來拜訪。在我們一般的認知中,通常都是由花朵來擔綱廣告招牌的角色;但以聖誕紅來說,那奪目的艷紅色可不是花瓣,而是由葉子特化而來的苞片(bract),或者你也可以說那是一種變態的葉子。仔細觀察聖誕紅的苞片和葉子,要不是苞片紅得明顯、也較小,和它本來的葉子外貌其實也相去不遠呢!

那麼,聖誕紅真正的花又在哪裡呢?中心那一顆一顆的就是花了吧······嗎?

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聖誕紅頂端的中心位置,可以見到好幾顆的大戟花序。花序的內心包藏著一根雌蕊,從裏頭伸出來的則是帶著成熟黃色花粉的雄蕊。至於長在花序邊邊的黃色嘴巴狀物體,就是能夠分泌蜜液、吸引傳粉動物的腺體了。Photo credit: Antti T. Nissinen @Flickr

其實也不完全正確呢。聖誕紅中心那一顆一顆的並不是花,而是包覆著數朵小花的花序(inflorescence),而聖誕紅的花序分類又屬於特別的大戟花序。每個花序的外圍,都由綠色的杯狀苞片(對,又是變態的葉子)包裹著一根小小的雌花和幾根突出苞片的雄花,這些花瓣退化、毫不起眼的迷你小花,其實才是聖誕紅真正的花。而且,在這些大戟花序的上面還會長出一顆長得像「黃金開口笑」的杯狀腺體,會分泌出甜甜的蜜,吸引蜜蜂和螞蟻來拜訪,臨走前順便帶走一些花粉,好讓牠們拜訪下一株聖誕紅時能幫忙完成授粉。

下次在看到聖誕紅的時候,不妨找一下有沒有黃金開口笑吧!

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聖誕紅的泌蜜腺體,看著跟日本動畫《中華一番》鋼棍解師父的黃金包子有87%像。左圖:動畫《中華一番》;右圖: Antti T. Nissinen @Flickr

順帶一提,雖然聖誕紅現在是溫帶國家的熱門節慶用植栽,但聖誕紅其實原本是生長在熱帶/亞熱帶地區的墨西哥及瓜地馬拉的植物。1828年,美國的政治家喬爾.羅伯茨.波因塞特(Joel Roberts Poinsett)將聖誕紅引入美國,聖誕紅的英文名字poinsettia即是向波因塞特(Poinsett)致敬喔。[1]

槲寄生:最浪漫的吸血鬼

小賈斯汀(Justin Bieber)演唱的聖誕熱門曲之一《Under The Mistletoe》,歌名中所說到的 “Mistletoe”,它的中文譯名是「槲寄生」。請睜大您的雙眼,是ㄏㄨˊ,不是檞(ㄒㄧㄝˋ),可別打錯字啦!在西方傳統的聖誕節習俗中,站在槲寄生下的情侶接吻將會幸福一輩子,與浪漫愛情沾上邊的槲寄生便成為了聖誕節的熱門裝飾植物。不過,學植物的敝人在下小弟我在看到「槲寄生」名字的當下,立即眉頭一皺、發現案情並不單純──這可能根本不是什麼帶來幸福的植物,而是活脫脫的植物吸血鬼啊!

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槲寄生(Viscum album)茂盛的懸掛在樹上的模樣,其實正大快朵頤的吸著宿主的養分和水分。Photo credit: Pauline Eccles

說到植物,我們總是馬上聯想到一群能夠進行光合作用固碳、既環保又可愛的自營生物,但在廣大的植物界裡,卻有一些成員偏偏就在演化的漫漫長路裡找到了偷懶的方法,那就是寄生植物,簡直苟且得令人髮指。寄生植物能用特化的吸器(haustoria),穿透寄主植物的保護層,掠奪寄主的養分或水分。有的寄生植物會行「全寄生」,連光合作用都不做了;有的則行「半寄生」,在偷懶之餘還保留著能行光合作用的葉綠體,而槲寄生就是一類行半寄生的植物。

關於Mistletoe究竟指哪一類的植物,從歷史和分布來看指的應該是指源自於歐洲的槲寄生(Viscum album),但後來也擴大名詞解釋的範圍,納入許多類似環境的半寄生植物,像是臺灣植物誌中紀錄的桑寄生科(Loranthaceae)植物成員就有17個種、2個變種,名字也相當多樣,例如:松寄生(T. matsudai)、木蘭寄生(T. limprichtii)、杜鵑寄生(T. rhododendricolius)、臺灣槲寄生(V. alniformosanae)、柿寄生(V. angulatum)都是屬於台灣的mistletoes,可見mistletoe已經不是專屬於歐美的植物。

另外,從名字上來看,可能會誤以為槲寄生的宿主就是槲樹而已,但實際上槲寄生非常厲害,能夠寄生相當多種類的植物。單就狹義的槲寄生(Viscum album)來說,它的宿主就橫跨了44個科、96個屬、共計452個種,常見的受害者包括了楓屬(Acer)、蘋果屬(Malus)、李屬(Prunus)、花楸屬(Sorbus)、冷杉屬(Abies)、松屬(Pinus)等等。而且,隨著槲寄生的傳播,受害的宿主種類仍然在增加中。[2]

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槲寄生(Viscum album)的果實。Photo credit: H. Zell

槲寄生到底是怎麼傳播它的種子呢?這就要問問它的完美搭檔--通稱啄花鳥(mistletoebirds)啦。啄花鳥與槲寄生是生物界一個共演化的例子,當槲寄生的完熟果實悄悄掛在樹梢,啄花鳥就會忍不住飛向它們、然後飽餐一頓。吞下鳥肚的槲寄生種子,上面包覆著厚厚的黏液,能夠順利地通過啄花鳥體內的試煉,來到消化道的終點。[3]

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由於種子實在是太黏了,啄花鳥又不像人類能用手(衛生紙?)擦屁股,只好在樹枝上面摩擦。於是,你就可以看到啄花鳥在樹梢靈巧的好像在跳著舞,但其實是在進行一個擦屁股的動作。這下可好了,槲寄生種子這個吸血鬼的後代,就這樣隨著啄花鳥的屁股,來到了下一棵受害者的身上。

槲寄生的散播範圍,就是靠著啄花鳥的飛行範圍而擴張。一旦沾黏種子在樹梢的萌發、益發茁壯,槲寄生就會開始將它的吸器伸入宿主的維管束,偷取宿主的養分和水分。同時,槲寄生的葉綠體就開始偷懶,光合作用效率一下子降低許多,在將宿主的營養盜取殆盡之前都不止息。這,就是最「浪漫」的吸血鬼,槲寄生的故事。

來看一下啄花鳥擦屁股的可愛影片吧!

紐西蘭聖誕樹:不長針葉的聖誕樹

全世界能夠稱作是「聖誕樹」的幾乎都是針葉樹,除了一種例外--生長在南半球的紐西蘭聖誕樹.高鐵心木(Metrosideros excelsa),是一種闊葉樹。

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生長在紐西蘭北島海岸的紐西蘭聖誕樹,高鐵心木(Metrosideros excelsa)。Photo credit: Wikipedia

當北半球的歐美國家在12月的冬夜裡歡慶聖誕節時,南半球的澳洲和紐西蘭卻正值酷熱的夏天。那他們的聖誕節該怎麼過呢?有的人會將聖誕節的活動移到天氣較冷的七月舉辦,稱作Midwinter Chrsitmas;有的人照樣在炎熱的聖誕節裡吃著大餐,只是稍微更改一下菜色,變得比較清涼一些。

有別於北半球的聖誕樹都是隸屬於松科(Pinaceae)的針葉樹(像是冷杉、雲杉),俗稱紐西蘭聖誕樹的高鐵心木是種闊葉樹,屬於桃金孃科(Myrtaceae)的成員,和芭樂、尤加利樹是同科不同屬的姊妹。

高鐵心木生長在北紐西蘭的原生樹種,常沿著海岸線生長,甚至可以分布在陡峭的岩岸上,這也是它毛利語名字 “pohutukawa” 的由來--意指「點綴在浪邊」(sprinkled by spray)。當高鐵心木盛放著滿樹如刷子般的紅花,紅綠相互映襯的配色讓人想起了聖誕節。巧合的是,高鐵心木開花的高峰期就在11月至1月,正好對應著北半球的聖誕節,因此有著「紐西蘭聖誕樹」的別稱。

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紐西蘭聖誕樹的花序,長長的紅色雄蕊成簇,相當漂亮。

雖然高鐵心木是這麼的喜氣洋洋,卻面臨了嚴重的外來種威脅。歐洲移民在紐西蘭發展毛皮工業時,引入了大量的負鼠(Trichosurus vulpecula)。對外來的負鼠沒有抵禦機制的許多紐西蘭原生的闊葉樹一一遭殃,高鐵心木亦是其中一個受害者。負鼠會吃掉高鐵心木的葉子和幼嫩的營養芽,是高鐵心木成株最大的威脅之一;此外,在野外建立野生族群的外來種山羊、以及人類飼養的綿羊和牛隻也會吃掉高鐵心木的幼苗,對高鐵心木的存續造成危害。[4]

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聖誕紅紅的不是花瓣,而是苞片;槲寄生雖然浪漫,卻是不折不扣的吸血鬼;紐西蘭聖誕樹,不是針葉樹。

以上,就是筆者想在聖誕節和大家分享的三個植物小知識,祝福各位讀者們聖誕快樂~

參考文獻

  1. Royal Botanic Gardens, Kew. “Euphorbia pulcherrima (poinsettia)“.
  2. Barney, C. W., Hawksworth, F. G., & Geils, B. W. (1998). Hosts of Viscum album. European Journal of Forest Pathology, 28(3), 187-208.
  3. 邱少婷(1999)。天生一對:從桑寄生與啄花鳥談共同演化。國立自然科學博物館館訊,262
  4. Hosking, Gordon, and John Hutcheson. “Pohutukawa (Metrosideros excelsa) health and phenology in relation to possums (Trichosurus vulpecula) and other damaging agents.” New Zealand Journal of Forestry Science 23.1 (1993): 49-61.
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Gilver
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畢業於人人唱衰的生科系,但堅信生命會自己找出路,走過的路都是養份,重要的是過程。

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「別來無恙」不只是招呼
顯微觀點_96
・2025/04/12 ・2349字 ・閱讀時間約 4 分鐘

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本文轉載自顯微觀點

圖/照護線上

我最親愛的 你過的怎麼樣  沒我的日子 你別來無恙   -張惠妹《我最親愛的》

常常聽到「別來無恙」的問候,其中的「恙」就是指「恙蟲」。在唐朝顏師古的《匡謬正俗》一書中便提到:「恙,噬人蟲也,善食人心。古者草居,多移此害,故相問勞,曰無恙。」用以關心久未見面的朋友沒有染讓恙蟲病、一切安好。

而清明節一到,衛福部疾管署便會提醒民眾上山掃墓或是趁連假到戶外踏青,要小心「恙蟲病」,就是因為每年恙蟲病的病例數從4、5月,也就是清明假期左右開始上升;到6、7月達最高峰。

Qingming Or Ching Ming Festival, Also Known As Tomb Sweeping Day In English, A Traditional Chinese Festival Vector Illustration.
圖/照護線上

但恙蟲病到底是什麼樣的疾病呢?恙蟲病古時被稱為沙虱,早在晉朝葛洪所著的醫書《肘後方》提及,「初得之,皮上正赤,如小豆黍米粟粒;以手摩赤上,痛如刺。三日之後,令百節強,疼痛寒熱,赤上發瘡。」

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恙蟲病是一種病媒傳播的人畜共通傳染病,致病原為恙蟲病立克次體(Orientia tsutsugamushi或Rickettsia tsutsugamushi),被具傳染性的恙蟎叮咬,經由其唾液使人類感染立克次體。而感染立克次體的恙蟎,會經由卵性遺傳代傳立克次體,並在每個發育期中,包括卵、幼蟲、若蟲、成蟲各階段均保有立克次體,成為永久性感染。

感染恙蟲病可能引起危及生命的發燒感染。常見症狀為猝發且持續性高燒、頭痛、背痛、惡寒、盜汗、淋巴結腫大;恙蟎叮咬處出現無痛性的焦痂、一週後皮膚出現紅色斑狀丘疹,有時會併發肺炎或肝功能異常。 恙蟲病的已知分佈範圍不斷擴大,大多數疾病發生在南亞和東亞以及環太平洋地區的部分地區;台灣則以花東地區、澎湖縣及高雄市為主要流行區。

比細菌還小的立克次體

立克次體算是格蘭氏陰性菌,有細胞壁,無鞭毛,革蘭氏染色呈陰性。但它雖然是細菌,但是嚴格來說,更像是細胞內寄生生命體,生態特徵多和病毒一樣。例如不能在培養基培養、可以藉由陶瓷過濾器過濾、只能在動物細胞內寄生繁殖等。大小介於細菌和病毒之間,呈球狀或接近球形的短小桿狀直徑只有0.3-1μm,小於絕大多數細菌。

最早發現的立克次體感染症的是洛磯山斑疹熱(Rocky mountain spotted fever);由美國病理學家立克次(Howard Taylor Ricketts,1871-1910)所發現。

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1906年立克次到蒙大拿州度假,發現當地正在流行一種叫做洛磯山斑疹熱的傳染病,病患會出現頭痛、肌肉痛、關節疼痛的症狀,之後皮膚會出現出血性斑塊。當時沒有人知道是什麼原因造成這個疾病。

立克次一開始以顯微鏡觀察病患血液,發現一種接近球形的短小桿菌,但卻無法體外培養。而他將帶有「短小桿菌」的血液注射進天竺鼠體內,或是以壁蝨吸食患者血液再咬天竺鼠,發現天竺鼠也會染病。另外,他試驗各種節肢動物來做為媒介,發現只有壁蝨能夠成為傳染窩進行傳播。

立克次釐清了洛磯山斑疹熱的成因與傳染途徑,但因為無法在體外培養基培養這個病原菌,他並未加以命名。

後來其他研究者從斑疹傷寒等其他疾病也發現無法在培養基生長、必須絕對寄生宿主細胞的類似細菌,並為了紀念立克次的貢獻,而命名為「立克次體」。

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而立克次體不只一種,因此引起的疾病也不只有恙蟲病。在台灣列為法定傳染病的還有由普氏立克次體(Rickettsia prowazekii )引起的流行性斑疹傷寒,透過體蝨在人群間傳播;由斑疹傷寒立克次氏體(Rickettsia typhi)造成的地方性斑疹傷寒,由鼠蚤傳播至人體。另外還有由立氏立克次體(Rickettsia rickettsii)所引致的洛磯山斑疹熱等。

立克次體透過傳統革蘭氏染色的效果非常弱;因此常用一種對卵黃囊塗片中立克次體進行染色的方法,以利光學顯微鏡觀察。現在,這項技術常用於監測細胞的感染狀態。

受限於光學顯微鏡的解析度,許多科學家也使用電子顯微鏡來對立克次體與宿主細胞相互作用的精細結構進行分析。例如分別引起流行性斑疹傷寒、洛磯山斑疹熱和恙蟲病的立克次體,外膜組織就能透過電子顯微鏡看到些許的差別,有的外膜較厚,有的則是外膜內葉和外葉倒置。

立克次
卵黃囊塗片立克次體的顯微影像,其尺寸範圍為 0.2μ x 0.5μ 至 0.3μ x 2.0μ。立克次體通常需要使用特殊的染色方法,例如Gimenez染色。圖片來源:CDC Public Health Image Library

做好預防就能別來無「恙」

根據疾管署統計,今(2024)年至 4 月 1 日恙蟲病確定病例已累計至 2 8例,高於去年同期。

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立克次菌無法在一般培養基培養,雖然可用接種天竺鼠或雞胚胎來分離病原確診,但基於實驗室生物安全操作規定,通常以免疫螢光法、間接血球凝集、補體結合等檢查抗體的方式來檢驗。

恙蟲病可用抗生素治療,若不治療死亡率達 60%。但最好的預防方式還是避免暴露於恙蟎孳生的草叢環境,掃墓或是戶外活動最好穿著長袖衣褲、手套、長筒襪及長靴等衣物避免皮膚外露。離開草叢後也要盡速沐浴和更換全部衣物,以防感染。

參考資料

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腸道與聽力的神秘連結:你的聽覺健康可能藏在腸胃裡?
雅文兒童聽語文教基金會_96
・2025/02/20 ・3665字 ・閱讀時間約 7 分鐘

  • 作者 / 雅文基金會聽語科學研究中心 研究員|羅明

腸道的狀態會影響身體的健康,是現代人熟悉的保健觀念,就像廣告台詞所說的:胃腸顧好,人就快好。腸道狀態的影響力,可能比我們想像的多更多。已經有愈來愈多的研究報告指出,腸道狀態與聽覺系統之間,其實也有某種關聯。聽的好不好跟肚子好不好,究竟有什麼關係?讓我們繼續看下去。

腸腦軸線是什麼

開始之前,要先介紹「腸腦軸線」(gut-brain axis)的概念。研究證實,大腦的運作與腸道中的微生物群有所關聯。腸道若出現微生態失調(gut dysbiosis),除了生活品質水準降低 [1],大腦功能與外在行為也會受到影響。例如:容易無法集中精神 [2] [3]、睡眠品質不佳 [4],甚至是心理功能失調 [5] 等種種情況。

同時也有研究發現,某些大腦方面的失序和疾病,會伴隨腸道微生態失調的情況 [6]。例如:認知功能方面出現障礙的阿茲海默症(Alzheimer’s disease; [7] [8]),以及在疾病早期常先出現行動功能障礙的帕金森症 (Parkinson’s disease; [9] )。

大腦的運作與腸道中的微生物群有所關聯。圖/AI 創建

至於腸道與大腦是如何互相影響彼此,目前的研究告訴我們,大致上是透過幾條途徑:
1. 迷走神經(vagus nerve)
2. 下視丘-腦垂體-腎上腺系統(hypothalamic-pituitary-adrenal axis,簡稱 HPA 軸)
3. 免疫系統(immune system)
4. 神經傳導素(neurotransmitters)
5. 細菌代謝物(bacterial metabolites)

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總之,腸道菌相與身心健康之間,不論是在生理或心理的層面,都息息相關。而有另一批研究的結果指出,不只是大腦所在的中樞系統,這種關聯性還擴及到了「聽覺」所在的感官系統。尤其是迷走神經與免疫系統,我們將會提到它們在聽覺系統運作中的角色。

近年研究新發現:耳腸腦軸線

聽的好不好,也就是聽覺系統是否功能良好,同樣是身心健康重要的一環。聽覺系統本身可再分為周邊(含外耳、中耳、內耳)與中樞(含延腦、橋腦、中腦、大腦)等兩個子系統,而聲音一開始從外界進入聽覺系統,到最後能否解讀成功,取決於兩個子系統是否都能順利運作。

直到最近,種種間接顯示腸道狀態影響聽覺功能的資訊,引起了一些研究者的注意。例如,有一種基因同時與腸道和耳朵的發育有關,而先天性巨結腸症(或稱赫司朋氏症,Hirschsprung disease)的動物研究發現,這種基因的突變可能導致聽力損失 [10]

由於相關的資訊愈來愈多,近來有研究者進行了系統性的回顧,並根據得到的結果指出,人體中很可能還有一種可稱之為「耳腸腦軸線」(ear-gut-brain axis)的系統 [11] [12] [13] [14]。接下來,讓我們看看有哪些研究,支持著人體存在耳腸腦軸線的想法。

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人體中很可能存在一種「耳腸腦軸線」系統。圖/AI創建

迷走神經串接耳與腸

人類的腦神經中,迷走神經最長也分布最廣。這組神經起於延腦,而後下行至頸、胸、腹等部位。它在自主神經系統(autonomic nervous system)有著重要的角色,其中之一是自動調節消化系統的活動。觸及腸道與大腦的神經纖維中,訊息是雙向往返的,約有 10% 至 20% 的部分是從大腦往腸道傳送,而有 80% 至 90% 的部分則是從腸道送往大腦 [15]

迷走神經有許多分支,其中一支延伸到外耳之上,稱爲迷走神經耳分支(auricular branch)。有一個對象是成年女性的研究發現,如果在迷走神經耳分支施予刺激,會有助於消解發炎性腸道疾病(inflammatory bowel disease,簡稱 IBD)的疼痛感,以及減低症狀的嚴重程度 [16]。而這一類刺激方法,用於治療耳鳴(tinnitus)似乎也有效果,例如:減少耳鳴相關的症狀,以及舒緩耳鳴帶來的壓力感 [17] [18]

發炎性腸道疾病除了引發疼痛感,也可能伴隨耳鳴相關症狀。圖/AI 創建

發炎也會讓人聽的不好

我們在文章開頭時提到,由於腸腦軸線的存在,腸道失調與大腦異常顯現出清楚的關聯性。如果沿著相同的思路,則可預期腸道一旦出現異狀,透過耳腸腦軸線的作用,聽覺系統應該也會連帶發生問題。實際上, 在 IBD 這一類疾病的觀察中,的確不同的研究也有著類似的發現。

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無論是在外耳、中耳或內耳,都有研究資料顯示,這些部位的某些異狀會跟 IBD 有所關聯 [19]。尤其是感音性聽力損失,是 IBD 患者最常見的耳科疾病。有研究者回溯了32位IBD病患者的資料,結果發現其中的 22 位兼有感音性聽損,比例將近七成,而且在之中的 19 位,並無法找到其他能夠解釋聽損的原因 [20]

還有進一步比較潰瘍性結腸炎(ulcerative colitis)與克隆氏症(Crohn’s desease)兩群患者的研究也報告了一致的發現 [21]。相較於身體健康的對照組,感音性聽損在這一群患者有著較高的盛行率,而顯示聽損的聲音頻率則在 2000Hz、4000Hz 與 8000Hz 等高頻的範圍。值得注意的是,研究者也指出這些患者的聽力損失與年齡之間並沒有顯著的關係。

感音性聽力損失是發炎性腸道疾病患者最常見的耳科疾病。圖/AI 創建

此外,大腦中的微膠細胞(microglia)在活化時會釋放發炎物質,而聽力功能的異常也可能與這種發炎反應有關。已有動物研究指出,在噪音環境引起耳鳴與聽力損失之後,中樞聽覺系統的微膠細胞出現了較高的活化狀態 [22]

聽覺與消化的你來我往

就如迷走神經的研究指出的,聽覺與消化之間的關係,可能也是一種雙向的互動。除了聽力損失伴隨腸道發炎出現之外,新近的研究還透露出,聽音樂,對於腸道來說也有著補充益生菌的效果。研究者在實驗室餵養 30 天的老鼠身上發現,餵養期間也接觸音樂的老鼠們,在第 25 天的體重,顯著高於沒有接觸音樂的老鼠;不僅如此,那些每天固定聽音樂六個小時的老鼠們,腸道裡的壞菌減少了,腸道的菌相也因此變得更好了 [23]。沒想到,聽覺系統不只是接收訊息的管道而已,還可能在無形中影響著消化系統的運作。

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「耳腸腦軸線」的想法,對於聽力保健而言,或許帶來另一個思考的角度:除了瞭解如何避免聽覺系統的器官受到損傷,多加留意消化系統是否正常運作,也可能是同樣重要的事情。如此一來,除了「胃腸顧好,人就快好」,未來還可以再說:腸道好,「聽」也好。

參考資料

  1. Gracie, D. J., Williams, C. J., Sood, R., Mumtaz, S., Bholah, M. H., Hamlin, P. J., et al. (2017). Negative effects on psychological health and quality of life of genuine irritable bowel syndrome–type symptoms in patients with inflammatory bowel disease. Clinical Gastroenterology and Hepatology, 15, 376–384. https://doi.org/ 10.1016/j.cgh.2016.05.012
  2. van Langenberg, D. R., & Gibson, P. R. (2010). Systematic review: Fatigue in inflammatory bowel disease. Alimentary Pharmacology and Therapeutics, 32, 131–143.
  3. D’Silva, A., Fox, D. E., Nasser, Y., Vallance, J. K., Quinn, R. R., Ronksley, P. E., & Raman, M. (2022). Prevalence and risk factors for fatigue in adults with inflammatory bowel disease: A systematic review with meta-analysis. Clinical gastroenterology and hepatology: the official clinical practice. journal of the American Gastroenterological Association, 20(5), 995–1009.e7. https://doi.org/10.1016/j.cgh.2021.06.034
  4. Van Langenberg, D. R., Yelland, G. W., Robinson, S. R., and Gibson, P. R. (2017). Cognitive impairment in Crohn’s disease is associated with systemic inflammation, symptom burden and sleep disturbance. United European Gastroenterology Journal, 5, 579–587. https://doi.org/10.1177/2050640616663397
  5. Ng, J. Y., Chauhan, U., Armstrong, D., Marshall, J., Tse, F., Moayyedi, P., et al. (2018). A comparison of the prevalence of anxiety and depression between uncomplicated and complex Ibd patient groups. Gastroenterology Nursing, 41, 427–435. https://doi.org/10.1097/ SGA.0000000000000338
  6. Tremlett, H., Bauer, K. C., Appel-Cresswell, S., Finlay, B. B., & Waubant, E. (2017). The gut microbiome in human neurological disease: a review. Annals of Neurology, 81, 369–382. https://doi.org/10.1002/ana.24901
  7. Vogt, N. M., Kerby, R. L., Dill-Mcfarland, K. A., Harding, S. J., Merluzzi, A. P., Johnson, S. C., et al. (2017). Gut microbiome alterations in Alzheimer’s disease. Scientific Reports, 7, 1–11. https://doi.org/10.1038/s41598-017-13601-y
  8. Haran, J. P., Bhattarai, S. K., Foley, S. E., Dutta, P., Ward, D. V., Bucci, V., et al. (2019). Alzheimer’s disease microbiome is associated with dysregulation of the anti- inflammatory P-glycoprotein pathway. mBio, 10, e00632–e00619. https://doi.org/10.1128/ mBio.00632-19
  9. Romano, S., Savva, G. M., Bedarf, J. R., Charles, I. G., Hildebrand, F., & Narbad, A. (2021). Meta-analysis of the Parkinson’s disease gut microbiome suggests alterations linked to intestinal inflammation. npj Parkinson’s Disease, 7, 1–13. https://doi.org/10.1038/s41531-021-00156-z
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任意添加光學元件 為研究打開大門的無限遠光學系統
顯微觀點_96
・2025/01/30 ・1763字 ・閱讀時間約 3 分鐘

本文轉載自顯微觀點

圖 / 顯微觀點

顯微鏡在科學發展中扮演關鍵的角色,讓人們得以突破肉眼的限制,深入微觀的世界探索。而隨著時間推進,顯微技術也日新月異,其中現代顯微鏡設計了所謂的「無限遠光學系統」(Infinity Optical Systems),更是提升了顯微鏡性能和突破過去的觀察瓶頸。因此主要的顯微鏡製造商現在都改為無限遠校正物鏡,成為顯微鏡的技術「標配」。

1930 年代,相位差顯微技術出現,利用光線在穿過透明的樣品時產生的微小的相位差造成對比,使透明樣本需染色就能更容易被觀察。1950 年左右,則出現使用兩個 Nomarski 稜鏡,將光路分割再合併產生 干涉效應的 DIC 顯微技術,讓透明樣本立體呈現、便於觀察。

在傳統「有限遠系統」中,單純的物鏡凸透鏡構造,會直接將光線聚焦到一個固定距離處,再經過目鏡放大成像。也因此過去顯微鏡的物鏡上通常會標示適用的鏡筒長度,通常以毫米數(160、170、210 等)表示。

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而在過渡到無限遠校正光學元件之前,選用的物鏡和鏡筒長度必須匹配才能獲得最佳影像,且大多數物鏡專門設計為與一組稱為補償目鏡的目鏡一起使用,來幫助消除橫向色差。

但是問題來了!當這些光學配件要添加到固定鏡筒長度的顯微鏡光路中,原本已完美校正的光學系統的有效鏡筒長度大於原先設定,顯微鏡製造商必須增加管長,但可能導致放大倍率增加和光線減少。因此廠商以「無限遠」光學系統來解決這樣的困境。

德國顯微鏡製造商 Reichert 在 1930 年代開始嘗試所謂的無限遠校正光學系統,這項技術隨後被徠卡、蔡司等其他顯微鏡公司採用,但直到 1980 年代才變得普遍。

無限遠系統的核心在於其物鏡光路設計。穿透樣本或是樣本反射的光線透過無限遠校正物鏡,從每個方位角以平行射線的方式射出,將影像投射到無限遠。

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有限遠(上)和無限遠(下)光學系統的光路差別
有限遠(上)和無限遠(下)光學系統的光路差別。圖 / 擷自 Optical microscopy

透過這種方法,當使用者將 DIC 稜鏡等光學配件添加到物鏡、目鏡間鏡筒的「無限空間」中,影像的位置和焦點便不會被改變,也就不會改變成像比例和產生像差,而影響影像品質。

但也因為無限遠系統物鏡將光線平行化,因此這些光線必須再經過套筒透鏡在目鏡前聚焦。有些顯微鏡的鏡筒透鏡是固定的,有些則設計為可更換的光學元件,以根據不同實驗需求更換不同焦距或特性的透鏡。

除了可以安插不同的光學元件到光路中而不影響成像品質外,大多數顯微鏡都有物鏡鼻輪,使用者可以根據所需的放大倍率安裝和旋轉更換不同的物鏡。

傳統上一旦更換物鏡,樣本可能就偏離焦點,而須重新對焦。但在無限遠光學系統的設計中,物鏡到套筒透鏡的光路長度固定,也就意味著無論更換哪個物鏡,只要物鏡設計遵循無限遠系統的標準,光路長度和光學路徑的一致性得以保持。

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因此無限遠光學系統也有助於保持齊焦性,減少焦距偏移。這對需要頻繁切換倍率的實驗操作來說,變得更為便利和具有效率。

不過使用上需要注意的是,每個顯微鏡製造商的無限遠概念都有其專利,混合使用不同製造商的無限遠物鏡可能導致不正確的放大倍率和色差。

改良顯微技術,使研究人員能夠看到更精確的目標;以及如何讓更多光學配件進入無限遠光學系統中的可能性仍然在不斷發展中。但無限遠光學系統的出現已為研究人員打開了大門,可以在不犧牲影像品質的情況下輕鬆連接其他光學設備,獲得更精密的顯微影像。

參考資料:

  1. M. W. Davidson and M. Abramowitz, “Optical microscopy”, Encyclopedia Imag. Sci. Technol., vol. 2, no. 1106, pp. 120, 2002.
  2. C. Greb, “Infinity Optical Systems: From infinity optics to the infinity port,” Opt. Photonik 11(1), 34–37 (2016).
  3. Infinity Optical Systems: From infinity optics to the infinity port
  4. Basic Principle of Infinity Optical Systems
  5. Infinity Optical Systems

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