看到老爺爺過馬路、路上發現有人摔跤、交通島有婆婆賣花……以上種種是不是都讓你忍不住「出手相助」一下呢？

長期以來，互助互惠的社會模式一直被視為人類獨有的特徵，而雖然部分動物也有利他行為，科學家卻一直沒有在我們的「親戚」身上找到可靠的實驗佐證。不過，這項僵局現在被打破了，最近有兩項實驗都顯示了：黑猩猩（Pan troglodytes）也會出現非常「無私」的利他行為！

遊戲見真情，獨吃蕉不如眾吃蕉

在第一個實驗中，來自德國萊比錫「馬克斯‧普朗克進化人類學研究所」（Max Planck Institute for Evolutionary Anthropology）的心理學家馬丁‧舒梅茨（Martin Schmelz）和塞巴斯汀‧格林奈森（Sebastian Grüneisen）訓練萊比錫動物園的六隻猩猩進行分享的遊戲。

這個遊戲是規則這樣的：研究者將猩猩倆倆分組，使每隻猩猩搭配一位夥伴，而這位夥伴面前會有四條繩子可以拉扯，每條繩子會帶來不同的結果，分別是：

1. 只給自己香蕉粒（banana pellet，研究者為猩猩特製的食物）
2. 只給夥伴香蕉粒
3. 給雙方香蕉粒
4. 將自己的選擇機會讓給夥伴

在其他猩猩不知情的情況下，研究者預先訓練了一位名叫「泰」（Tai）的母猩猩，在所有的回合中，泰永遠只會選擇最後一個選項，將機會讓給另一方。格林奈森認為泰的行為是十分冒險的，因為放棄選擇權表示泰有可能會失去所有香蕉。

令人驚訝的是，在十幾回合下來，當泰放棄了自己的機會後，另外六位猩猩夥伴有高達 75% 的時間選擇同時給雙方香蕉粒，這樣的行為顯示出牠們重視泰所做出的犧牲。

就算少吃一點，也不捨得你餓著

不過，研究者還想進一步知道：這些猩猩們願不願意放棄自己部份的香蕉粒獎賞以回報泰的感知良善（perceived kindness）。格林奈森表示：「人們常認為這種互惠行為人類合作的里程碑，而我們想看看猩猩能挑戰到多遠。」

於是團隊稍稍改造了一下實驗，這次，泰的夥伴們只有兩種選擇，要嘛就是 1. 給自己四顆香蕉粒，或者也可以選擇 2. 給兩邊各三顆香蕉粒。

有 44% 的受試猩猩選擇了會犧牲自我利益的選項；而若是泰沒有做出轉讓機會的動作，則只有 17% 的猩猩會選擇犧牲選項。這項結果顯示出：即便會損及自身利益，猩猩依然會因為看見了泰的無私舉動而覺得自己不得不回報她。

「我們對於這項發現感到十分驚訝，」格林奈森說：「考量到需要承擔的風險，黑猩猩決策時的心理層面非常獨特。」

• 實驗 2 中，如果要給對方吃，自己就需要有所犧牲。實驗影片。

到底是什麼，讓來自猩猩的牠不惜豁出生命？

而在今年 6 月 19 日發表於《美國國家科學院院刊》（Proceedings of the National Academy of Sciences，PNAS）的論文則著眼於黑猩猩的行為動機，想知道：到底是什麼促使雄猩猩冒著斷手斷腳的風險、乃至於生命的威脅去進行巡邏任務？

科學家發現野生的雄性黑猩猩常常會自組巡邏隊，牠們會排成一列縱隊，安靜地巡邏團體的邊界、嗅聞入侵者的氣味。然而，這種巡邏行為背後潛藏著極大代價。在巡邏中，黑猩猩約有三分之一的機率會遇上其他敵對的猩猩，而仇人見面，分外眼紅，有時一言不合就容易血濺三尺，巡邏的猩猩可能因此付出受傷甚至死亡的代價。

根據古典行為主義（classic behavioral theories），唯有當猩猩們自己的後代或母系親屬在群體中時，牠們才會付出如此昂貴的代價。

然而，在分析了 20 年來，烏干達努迦（Ngogo，Uganda）地區 3750 隻雄猩猩的數據後，研究者發現：雖然對大部分猩猩來說，確實是有親屬才會犧牲，然而，卻有高達四分之一的巡邏猩猩根本與自己保護的團體非親非故。另外，就算黑猩猩不加入這些巡邏隊，也不需要承受任何後果，所以，居然仍有這麼多猩猩甘冒風險，實在是件令人意外的事。

人類文明的秘密，或許就藏在猩猩身上

這個研究的主要作者是來自亞利桑納州立大學坦佩分校（Arizona State University in Tempe）的人類學家凱文‧朗格葛拉伯（Kevin Langergraber）。他與同事認為「團體增進」（group augmentation）的理論或許可以解釋這樣的情形。依據這個理論的假設，藉由巡邏來保護團體的食物供應並擴張領土，會增進整個猩猩群對女性的吸引力，也能增加個別猩猩的繁衍機會。

另一位未參與研究的演化人類學家安妮‧普塞（Anne Pusey）認為這是一個合理的假說。她認為，藉由保衛和擴張團體的領土，可以確保、甚至增加團體的居住空間和食物來源，以供給現在和未來移居的雌性生存；而團體裡健康雌性的數目越多，便表示每位雄性成功繁衍的機率也就越高。

朗格葛拉伯更進一步補充說，這種行為可能是人類社群合作的演化基礎。「人類合作最特別的一點，就是它的規模之大。」他說。在人類發展的歷史進程中，成千上百的陌生人運用合作來建築城牆、疏通運河、送人登月。朗格葛拉伯認為：「讓黑猩猩合作的機制或許是演化上的重要基石，使得人類往後得以演化出複雜的合作系統。」

這樣看起來，黑猩猩們團結一致、對抗人類的電影劇情好像也不是那麼科幻了呢，不知道牠們的合作是否真的會帶來「猩球崛起」的一天呢？（咦）

• 註：在文中所提到的「從猩猩看人類」背後有其脈絡：由於人類跟黑猩猩是演化上的近親，所以可能會共享一些特徵。我們皆熟知人類有大規模的合作行為，而這兩個研究則發現到：黑猩猩會展現出與人類類似、廣義的合作行為。因此研究者認為，「合作的潛能」可能是人與黑猩猩的共同祖先就已具備的特徵，只是在演化後稍顯不同；在黑猩猩端發展出這次的研究結果，而人類端則發展出大規模合作。（感謝寒波老師的解釋，更詳細的補充參見此文，看完相信各位會更了解相關脈絡喔～）

參考資料：

• True altruism seen in chimpanzees, giving clues to evolution of human cooperation Science[2017.06.19]

原始論文：

• Martin Schmelz, Sebastian Grueneisen, Alihan Kabalak, Jürgen Jost, and Michael Tomasello (2017) Chimpanzees return favors at a personal cost PNAS June 19, 2017 DOI: 10.1073/pnas.1700351114
• Kevin E. Langergraber, David P. Watts, Linda Vigilant, and John C. Mitani (2017) Group augmentation, collective action, and territorial boundary patrols by male chimpanzees PNAS June 19, 2017 DOI: http://dx.doi.org/10.5061/dryad.kk33f

由霍亂弧菌（Vibrio cholerae）引發的霍亂，是常見的人類傳染病。有意思的是，霍亂弧菌這般能入侵生物體的細菌，本身也會被病毒等異形入侵，有免疫的需求。

在最近發表的論文中，霍亂向我們展現了以前未知的免疫手法，不但能抵抗病毒，還能對付「質體」。霍亂究竟如何避免成為宿主的命運？質體又是什麼呢？^{[參考資料 1, 2]}

細菌 vs 質體 vs 病毒大亂鬥：細菌也不想被寄生

細菌和人類一樣，都是用染色體上的 DNA 承載遺傳訊息。不過除了染色體以外，細菌也常常配備額外的「質體（plasmid）」，它們是 DNA 圍成的圈圈，獨立於細菌的染色體之外，具有自己的遺傳訊息，會自己複製。

質體如果單方面依賴細菌供養、當個快樂的寄生蟲，那麼對細菌來說，質體就是個占空間的東西，只會耗費宿主的資源，對細菌是最差的狀況。但是，質體上也有基因，如果那些基因具備抗藥性等作用，那質體便對細菌有利。換句話說，質體和細菌的關係並不一定，有可能是有利、有害，或是沒有利也沒有害，視狀況而定。

細菌有時候具備攻擊質體的能力，例如近來作為基因改造工具而聲名大噪的 CRISPR，原本便是細菌用來抵禦病毒、質體的免疫系統。神奇的是，許多攻擊目標為質體的 CRISPR 套組，本身就位於質體上頭，令人懷疑其動機不單純。

比方說，A 質體攜帶一套攻擊 B 質體的 CRISPR，那麼 A 質體的目的，到底是保護自己寄宿的細菌不被 B 質體入侵，或是維護自己的地位不要被 B 質體搶走呢？不好說，不好說。

細菌對付質體的手段除了 CRISPR，還有一招是利用「Argonaute」蛋白質，啟動針對質體的排外機制；有時候兩者兼備，就是不給質體活路。^{[參考資料 3]}

了解上述資訊，便能體會霍亂新研究的奧妙：質體無法生存的霍亂弧菌，既沒有 CRISPR，亦沒有 Argonaute，卻有以前不知道的另外兩招。

沒有質體的霍亂弧菌

儘管大家的印象中，霍亂就是一款危害人類的傳染病，不過野生的霍亂弧菌有很多品系，除了 O1 和 O139 兩個亞型之外，大部分其實不怎麼會感染人類。歷史上霍亂有過七次大流行，目前第七次大流行的型號為 O1 旗下的 E1 Tor，也稱作 7PET。

過往導致大流行的型號以及野生霍亂品系，細菌中一般都帶著質體，可是如今廣傳的 E1 Tor 卻常常沒有。假如人為將質體送進細菌體內，一開始倒是沒什麼阻礙，可是複製繁殖十代以後的細菌，卻幾乎不再擁有質體。

因此我們可以假設，霍亂第七次大流行的主角，可能比同類們多出些什麼，讓它新增了排除質體的能力。既然不是其餘細菌使用的 CRISPR 與 Argonaute，應該是某種目前未知的手段。

研究者一番搜尋後，從霍亂基因組上找到 2 處有關係的區域，稱它們為 DdmABC 和 DdmDE（Ddm 為 DNA-defence module 縮寫），兩者各自都有排擠新質體的能力，一起合作效果更好。

兩套手法獨立運作，就是不要讓質體留下！

DdmABC 與 DdmDE 都能替霍亂細胞排除質體，但是運作方式不同。

DdmDE 會直接攻擊，令質體無法繼續在細菌體內生存，尤其容易攻擊比較小的質體；這個攻擊過程中，應該有其他蛋白質參與，不過詳細機制仍有待探索。

負責打擊質體的 DdmDE，其基因周圍還有兩套免疫系統的基因：R/M 與 Zorya，它們的任務都是消滅入侵的噬菌體（感染細菌的病毒）。因此霍亂的染色體上，這些基因共同構成一組對抗外來異形的陣地，稱為防禦島（defence island）。

DdmABC 則似乎更傾向「促進選汰」的手法，霍亂如果攜帶質體，不論質體自身大小，DdmABC 都會產生毒性；這使得質體數目較少的細菌，繁殖時產生競爭優勢，多代以後脫穎而出的霍亂，將剩下不再攜帶質體的個體。

有意思的是，霍亂細胞的 DdmABC 能排擠質體，也能屠殺入侵的噬菌體。所以它是一套雙重功能的免疫系統，同時防禦噬菌體和質體這兩種異形。

演化上 DdmABC 與 DdmDE 從何而來呢？在資料庫中比對 DNA 序列，ABCDE 這 5 個基因都找不到非常相似的近親基因，所以本題暫時不得而知。

其餘霍亂同類都沒有這兩串基因，所以它們是 E1 Tor 品系新獲得的玩意；幾個新基因組合形成新功能，或許有助於 E1 Tor 當年在霍亂內戰中勝出，成為第七次大流行的主角。總之，它們都通過長期天擇競爭的考驗，贏得一席之地。

質體對細菌可能有害也可能有利，若是通通不要，等於是徹底斷絕獲利的機會。如今廣傳的這款霍亂，為什麼演化成這般樣貌，值得持續探索。

戒備森嚴，多重防禦的細菌免疫

由這些研究我們可以觀察到，細菌儘管是只有一顆細胞的簡單生物，也配備多重免疫系統，抵抗各種入侵者。以極為成功的霍亂 E1 Tor 品系來說，它配備 R/M、Zorya、DdmDE 三款防禦病毒的機制，以及 DdmABC、DdmDE 兩套排擠質體的手法，能夠全方位對抗試圖入侵的病毒和質體。

霍亂弧菌之外的許多細菌，又配備記錄入侵者遺傳訊息的 CRISPR 系統，精準識別目標並且攻擊，類似人類的後天免疫。CRISPR 此一特質，使它變成智人的基因改造工具。

而類似先天免疫，無差別切割入侵者的 R/M 系統，其各種限制酶（restriction enzyme），早已從 1970 年代起成為常見的基因改造工具，可謂分子生物學實驗的元老。

新發現霍亂的 DdmABC、DdmDE 免疫系統，除了增加學術知識，也有應用潛力。探索細菌、質體、病毒間的大亂鬥，不只能認識更多免疫與演化，也可能找到對付細菌的新招，還有機會啟發分子生物學的新工具。

延伸閱讀

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• 鼠疫桿菌至少 3800 年前，成為跳蚤騎士
• 推理要在實驗室：為什麼有些細菌會致病、有些不會呢？
• 當科技發展跑在世界前面，科學家該做什麼？基因編輯技術 CRISPR 共同發明人——珍妮佛．道納專訪
• 【2020 諾貝爾化學獎】基因剪刀 CRISPR：它如何改寫人類的生命密碼？

參考資料

1. Jaskólska, M., Adams, D. W., & Blokesch, M. (2022). Two defence systems eliminate plasmids from seventh pandemic Vibrio cholerae. Nature, 1-7.
2. Cholera-causing bacteria have defences that degrade plasmid invaders
3. Kuzmenko, A., Oguienko, A., Esyunina, D., Yudin, D., Petrova, M., Kudinova, A., … & Kulbachinskiy, A. (2020). DNA targeting and interference by a bacterial Argonaute nuclease. Nature, 587(7835), 632-637.

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。