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從木乃伊DNA發現:古今埃及不同基因,難道法老綠光罩頂?

Peggy Sha
・2017/07/10 ・3374字 ・閱讀時間約 7 分鐘 ・SR值 527 ・七年級

一提到「埃及」,許多人的腦海中都會浮現出《遊戲王》的另一個我(?)或是續集拍不完的《神鬼傳奇》,想想那神秘的金字塔、受詛咒的木乃伊,真是令人無比著迷。

而隨著時代變遷,現今的埃及與從前早已大不相同,多年來科學家花了許多精力想從木乃伊的 DNA 中找到古埃及的秘密,卻常無功而返。不過,最新的研究不僅用新方法萃取到了 DNA,更進一步發現了古埃及人的基因有些不同!

想到埃及你就想到金字塔嗎?圖/By Mark Fischer @flickr

從基因定序開始,和法老來場親密接觸吧!

古埃及人篤信靈魂轉世,相信只要將死者的屍身妥善保存,就能讓復活後的靈魂再度使用。正因古埃及人如此費盡心思地製作木乃伊,現代的科學家可以從中發現許多有關死者的細節,包括了臉部特徵、曾患疾病,甚至連生前刺青都可能接近完好,然而,在這種種線索之中,卻獨缺了最關鍵的一環──DNA

過去有很長一段時間,科學家都沒有辦法在木乃伊身上找到 DNA,這或許是因為埃及本身炎熱的沙漠氣候造成了影響,另外,製作木乃伊的過程中使用的化學藥劑也可能是「DNA 殺手」之一。因此,雖然木乃伊的相關研究已進行多年,針對基因部分的探索卻始終沒有多大的進展。

然而,最近一個古代 DNA 專家團隊終於破解了這個僵局,成功從 90 個古埃及木乃伊進行基因定序,並將研究結果發表於《自然─通訊》(Nature Communications)。一位曾在 2010 年進行木乃伊基因研究的生物人類學家阿爾伯特‧辛克(Albert Zink)對此表示:

終於向世人證明了木乃伊身上真的有 DNA

辛克當年針對 16 具埃及貴族的木乃伊進行研究,其中甚至有鼎鼎大名的法老圖坦卡門,然而,他所使用的「聚合酶連鎖反應」(Polymerase chain reactionPCR)技術雖然可以在生物體外進行,卻沒有辦法精確地分辨出古代基因和現代的汙染。

對,他就是那位大名鼎鼎的圖坦卡門!圖/By Carsten Frenzl, CC BY 2.0, wikimedia commons

神秘尼羅河以西,埋葬木乃伊寶地

這次的新實驗由遺傳學家約翰尼斯‧克勞斯(Johannes Krause)主持,他們利用創新的定序方法去檢測樣本上所有的 DNA,並篩選出與人類基因相似的部分。這種完整的研究方式使團隊得以找出古代 DNA 特有的受損模式,也讓分析更加可靠,完成了過去研究中所無法企及的部分。

克勞斯過去曾經研究過尼安德特人Neandertals)、丹尼索瓦人Denisovans)以及歐洲史前移民的 DNA,不過,為什麼這次會將腦筋動到埃及人身上呢?原來是因為他想知道:

外來征服者是否(對於埃及人)產生了基因上的影響?

咦?他說的「征服者」究竟是指誰?讓我們回過頭來,仔細看看埃及歷史,你就會發現:法老其實並不是埃及的唯一主宰。這片豐饒的土地可說是兵家必爭之地,她曾被亞述、努比亞、波斯、希臘、羅馬等民族征服,也一直是商業貿易和文化交流的重要據點,所以如果埃及小孩的父母來自各地也就不奇怪了(?)

為了回答這個問題,克勞斯從距離埃及首都開羅以南 115 公里處的貝尼蘇韋夫省(Abusir el-Meleq)找來了 151 顆木乃伊的頭顱以供檢測。為什麼挑選這個神祕的地方呢?那是因為古埃及人相信:尼羅河以西是死者的國度,歸屬於冥王歐西里斯(Osiris),這塊地尤其受冥王庇佑,也就是我們常說的「風水寶地」,當然要世世代代都葬在那邊囉!也正因如此,科學家找起木乃伊來也特別方便(誤)

圖中黃點處即是埃及人眼裡的風水寶地,亦是實驗木乃伊的來源處。圖/實驗圖片

木乃伊的秘密,深埋在骨頭裡

這些受檢測的木乃伊們約在 20 世紀初出土、被身首分離,而後分別收藏於德國的大學及博物館兩處。根據放射性碳定年法(Radiocarbon dating),科學家可以得知這些木乃伊們的生存年代橫跨了 1800 年的維度,涵蓋了鼎盛的新王國時期一直到受羅馬的統治為止。

經過了如此漫長的歲月,木乃伊身上的軟組織中幾乎找不到任何 DNA ,於是科學家們轉而向他們的牙齒和骨頭下手。首先,他們將所有的樣本用紫外線照射 60 分鐘以減少現代的基因汙染(研究人員可能會在採集過程中汙染樣本),而後加以定序木乃伊身上粒線體中的 DNA。而粒線體中所含的基因數雖然不多,但比起苦苦搜尋細胞核裡完整的人類基因組,在粒線體中找 DNA 更為容易。

然而,粒線體中的 DNA 是直接從母親傳給兒女的,因此這種方法找不到爸爸的 DNA。(詳見:老媽給的粒線體)另一方面,細胞核基因體(nuclear genome)中則包含了父母雙方的 DNA,隱含更多訊息。不幸的是,根據克勞斯的說法,只有幾具木乃伊的細胞核基因體有被完整保存下來,能被嚴格檢測的樣本更是少之又少,最後在這麼多樣本中,只能確定三具木乃伊的細胞核基因體,而這三具木乃伊分別來自不同年代。

比起南非土著,埃及人可能更像波斯王子

研究團隊將木乃伊的粒線體與細胞核 DNA 分別比對了中東和非洲地區的人口,結果發現,埃及人與過去及現在的中東人在基因上較為相近,尤其相似於黎凡特(Levant)地區的人。

黎凡特是個模糊的地理名稱,廣義上指中東托魯斯山脈以南、地中海東岸、阿拉伯沙漠以北和上美索不達米亞以西的一大片地區。圖/By 由 Winkpolve, CC 3.0, wikimedia commons

此外,即便埃及被各種外族入侵,木乃伊們身上的基因卻維持了一致性,這有可能是因為粒線體裡的基因沒辦法保存外國爸爸們的足跡;不過,即便是在那三具木乃伊身上發現的細胞核 DNA中,基因也依然高度連貫。

有趣的是,雖然古木乃伊的身上幾乎沒有任何非洲撒哈拉以南(sub-Saharan)地區的 DNA,現代埃及人的粒線體 DNA 卻有 15%20% 反映出了他們的祖先來自撒哈拉以南。克勞斯推測,這樣的變化可能起因於尼羅河沿岸的商業貿易、奴隸交易增加;此外,伊斯蘭教在中世紀的擴張可能也增進了北非和撒哈拉以南的交流。

此研究證明了從木乃伊身上提取 DNA 是可能的,對於埃及的考古發展具有非常突破性的影響,但是,研究者採樣的地區較為單一,是否能代表整個埃及的人口組成仍待商榷。不過,既然有了這項秘密技術,或許揭開謎底的一天指日可待,畢竟,現在在埃及尚有數以千計的木乃伊們等待召喚啊!

參考資料:

原始論文:

 


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Peggy Sha
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曾經是泛科的 S 編,來自可愛的教育系,是一位正努力成為科青的女子,永遠都想要知道更多新的事情,好奇心怎樣都不嫌多。


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一生可以聆聽的聲音總量是註定的?戴上你的聽力計算機!

雅文兒童聽語文教基金會_96
・2022/05/17 ・3915字 ・閱讀時間約 8 分鐘
  • 文/黃上維 聽力師|雅文兒童聽語文教基金會

「早上跑了五圈操場,晚上吃個雞排加珍奶應該還好吧……」、「昨天買了一雙限量版精品鞋,這個月就不吃晚餐了……」,生活中充滿算數題,來決定我們的生活習慣與行為,其實,在聽力學領域中,也有類似概念哦!聽的刺激不夠,聽覺系統解析的功能會逐漸衰退;聽的刺激太多,聽覺系統也會感到疲勞或損傷。到底聽多少,才能剛剛好?今天就帶你揭密聆聽的守則。

世界衛生組織(World Health Organization,WHO)統計全球已超過 5% 人口有失能性聽力損失。然而,多數聽力損失可被預防,調查發現將近 50% 的年輕人使用過高的音量聆聽個人音訊設備,約 40% 經常去娛樂場所的人(包括演唱會、運動賽事)則暴露在過久的高音量下[1]。 WHO 為此著手訂定「安全聆聽」的保健策略,如同醫師及藥師給藥時會算劑量,安全聆聽需要計算聲音暴露容許量(sound allowance)。

聽得「過久」或「過大聲」都會造成傷害

聲音是一種能量,基於相等能量原理(equal energy principle),無論能量在時間上的分佈如何,相同聲能的聲音會造成一樣的永久性聽力變化,表示「長時間聆聽較低的音量」會產生與「短時間聆聽非常的大音量」相同的影響。

WHO 提出兩種標準,均以七天作為一周期[2]。當聲音能量加倍(以 3 分貝為級距),容許的時間要減半,如下圖所示,健康成人適用一般標準;「兒童、耳毒性藥物服用史」等對噪音更為脆弱的族群則適用敏感標準,其將風險起始點下修至 75 分貝(dBA)的聲音每周聆聽 40 小時。此外,視障、認知困難者及老年人,考量聽力一旦損失,對其產生的負向影響將更大,也應選用較嚴謹的標準[3]

WHO 聲音暴露容許量。分貝越高,容許時間越少。圖/作者,製作自參考資料 2

聽起來不難嗎?生活中的聲音有多大聲

當我們在身處安靜室內,隔著一張桌子與朋友聊天時,說話音量的分貝就已經有 55-60 分貝(dBA);此時若環境變得吵雜,我們也會不自覺提高說話音量,分貝來到 65 分貝,如此可見生活中的大聲音是無所不在。美國 3M 公司團隊針對超過 1700 種職業、娛樂、社區等噪音源進行實際量測或整理文獻,發表了各項分貝數值[4],本文整理生活常見情境,並將分貝範圍達 75 分貝以上者,標為警示音量。

常見聲音音量分布。淺色底表示範圍,深色底表示平均值。圖/作者,製作自參考資料 4

現在我們來將分貝數對應 WHO 的「成人聲音暴露容許量」,以果汁攪拌機為例,平均音量是 82 分貝,一周應避免超過 25 小時的從旁聆聽,這似乎是件輕鬆的事!(除非你家開果汁店那就另當別論);然而交通機車噪音平均達到 98 分貝,一周應避免超過 40 分鐘的騎乘,對被譽為「機車王國」的台灣而言,似乎就沒有那麼容易。

隱形聽力殺手:環境噪音及娛樂噪音

交通機車噪音除了來自周遭車輛與自體引擎外,氣流吹向安全帽框所產生的風切聲(wind noise)也是一來源,因此噪音量與車速、安全帽種類都有關。早在 30 年前就有研究發現,當騎乘車速約莫每小時 50 公里,佩戴全罩式安全帽的耳邊噪音量較高,為 95 分貝、佩戴 3/4 罩安全帽的耳邊噪音量較低,為 89 分貝;隨著車速提高至約莫 80 公里,兩者分別上升至 103、98 分貝(Ross B.C. , 1989)。看來,機車族不僅要思考哪種安全帽可以保護頭部安全,還得思考該如何在騎車時也保護耳朵的健康。

騎個車也可能會讓自己過度暴露在噪音中?圖/pexels

此外,隨著 3C 產品與藍芽技術推層出新,聽穿戴科技(hearable tech)結合音樂通話、健康追蹤、導航等需求,已成為「人耳兩機」的時尚趨勢,但常見智慧型手機連接耳機的最大輸出音量高達 113.1 分貝[6],當我們使用耳機聆聽,更應當留意音量大小,特別是周遭環境較吵雜時,若為了蓋過捷運、鐵路等交通噪音而不自覺加大音量,結果恐怕得不償失。

「相等能量原理」不是算命神器,你的聽力也要靠自己努力

噪音性聽損實為多重致因、複雜表徵的疾病,不單與聲音大小有關,也不單只損害「察覺」聲音的能力。首先是個體的易感性(susceptibility),基因變異或高血脂將使個人對噪音的暴露更脆弱,而營養均衡的飲食或自體生成的熱休克蛋白(能維持細胞活性、幫助細胞修復的蛋白質)則可提高個人的保護力[7][8];再者是細胞損傷的針對性,噪音導致的暫時性聽損雖有機會恢復,但長期來看恐加速與老化相關的聽損,且噪音對聽覺神經結構的破壞,將使「分辨」聲音的能力也退步[9]。因此雖單靠相等能量原理難以完美詮釋終身的噪音危害,但作為基礎的估算仍有其價值。

善用工具!落實安全聆聽

為了盡可能減少噪音性聽損的風險,許多防音防護具(hearing protection devices)已經上市,除了一般通用的耳塞、耳罩,依照不同款式與材質、正確配戴與否,所能帶來的噪音衰減評比值(Noise Reduction Rating,NRR)在 0-35 分貝間[10];臺灣亦有不少助聽器公司,能由專業聽力師為我們取下專屬耳型(ear impression),再製作成客製化耳塞,更貼合個人的耳道以提高舒適。

在特殊製防音具中,分為基於音量水平(level-dependent)或基於頻率均等的衰減(uniform attenuation)。音量水平僅針對高音量衰減,而能保留安靜情境中較低音量的語音溝通需求,通常可應用在營造、紡織、航空等高噪職業。簡單來說,這樣的技術可以過濾機械運作時產生的大聲噪音,讓作業員較輕鬆聽到其他同事的說話聲。均等的衰減技術則考慮傳統耳塞對高頻率音的衰減大於低頻率音,因此在設計上利用聲學特性對高頻音產生額外共振,這樣就能留有貼近原音的清晰音質,可供音樂家、音響工程師,及講求高音質的大眾使用[11]

客製化防噪耳塞,結合內部音管做濾音功能,預期能達到頻率均等的衰減。圖/作者

人人在手的安全聆聽幫手

響應 WHO 與國際電信聯盟(International Telecommunication Union)在 2019 年提出的安全聆聽設備標準[2],許多手機與耳機製造商已開始著手在軟硬體端導入 WHO 的聆聽標準,可由「設定」內的「聲音與觸覺回饋/音效與震動」或下載應用程式做設定,功能雖因廠牌有異,但多涵蓋下述項目:

  1. 耳機高音量通知:當聆聽超過聲音累積允許量時發出通知提醒。
  2. 降低耳機高音量:選定設備最高音量限制,系統會分析耳機音訊並降低任何超出的音訊。
  3. 即刻檢視耳機音量:在聆聽音訊時,查看當前的音量變化。
  4. 個人化音訊調節:輸入專屬的聽力圖,系統能根據個人在不同頻率的聽力程度客製化調整音訊,使聆聽感受更清晰,或許你就能稍微調降整體音量,延長聆聽的允許時間。
  5. 累積耳機音量:部分根據耳道聲學,自動計算一段時間的耳內音量,標示使用狀況屬於正常或大聲;或將聲音暴露容許量以百分比告知每日/每周聆聽的餘額。
  6. 累積環境音量:自動計算一段時間的環境音量,標示正常或大聲;或將聲音暴露容許量以百分比告知每日/每周接觸的餘額。
為了一生的聽覺健康,記得落實安全聆聽的守則。圖/pexels

噪音對健康的影響不止於聽覺,也與睡眠障礙、新陳代謝與心血管疾病、兒童的認知表現下降有關[12]。因此不論先天的聽力基礎如何,聽力保健是人人都要關心的健康議題。大家不妨現在就拿起手機與耳機、開始設定,讓智慧 3C 發揮「智慧生活」的價值,協助你我「落實安全聆聽」吧!

參考資料

  1. World Health Organization. (2021). World Report on Hearing, 40,65. Available at:https://www.who.int/publications/i/item/world-report-on-hearing
  2. World Health Organization. (2019). Safe listening devices and systems: a WHO-ITU standard, 15-16. Available at:https://www.who.int/publications/i/item/9789241515276
  3. Berglund, Birgitta, Lindvall, Thomas, Schwela, Dietrich H & World Health Organization. Occupational and Environmental Health Team. (‎1999)‎. Guidelines for community noise, 35. Available at:https://apps.who.int/iris/handle/10665/66217
  4. Elliott H. Berger, Rick Neitzel, & Cynthia A. Kladden. 3M Personal Safety Division. (2015). Noise Navigator: Sound Level Database, 39-46 Available at:https://multimedia.3m.com/mws/media/888553O/noise-navigator-sound-level-hearing-protection-database.pdf
  5. Ross B. C. (1989). Noise exposure of motorcyclists. The Annals of occupational hygiene, 33(1), 123–127. https://doi.org/10.1093/annhyg/33.1.123
  6. Kim, G., & Han, W. (2018). Sound pressure levels generated at risk volume steps of portable listening devices: types of smartphone and genres of music. BMC public health, 18(1), 481. https://doi.org/10.1186/s12889-018-5399-4
  7. Le, T. N., Straatman, L. V., Lea, J., & Westerberg, B. (2017). Current insights in noise-induced hearing loss: a literature review of the underlying mechanism, pathophysiology, asymmetry, and management options. Journal of otolaryngology – head & neck surgery, 46(1), 41. https://doi.org/10.1186/s40463-017-0219-x 
  8. 張寧家(2011)。 影響台灣勞工噪音性聽力障礙易感性相關因子之研究。高雄醫學大學醫學研究所博士學位論文。 
  9. Wu, P. Z., O’Malley, J. T., de Gruttola, V., & Liberman, M. C. (2021). Primary Neural Degeneration in Noise-Exposed Human Cochleas: Correlations with Outer Hair Cell Loss and Word-Discrimination Scores. The Journal of neuroscience, 41(20), 4439–4447. https://doi.org/10.1523/JNEUROSCI.3238-20.2021
  10. Centers for Disease Control and Prevention, USA. (December 11, 2018). How Do I Prevent Hearing Loss from Loud Noise? Retrieved from https://www.cdc.gov/nceh/hearing_loss/how_do_i_prevent_hearing_loss.html
  11. Patricia A. Niquette. (Mar 7, 2007). Uniform Attenuation Hearing Protection Devices. Retrieved from https://hearingreview.com/hearing-products/uniform-attenuation-hearing-protection-devices
  12. Basner, M., Babisch, W., Davis, A., Brink, M., Clark, C., Janssen, S., & Stansfeld, S. (2014). Auditory and non-auditory effects of noise on health. Lancet, 383(9925), 1325–1332. https://doi.org/10.1016/S0140-6736(13)61613-X

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雅文基金會提供聽損兒早期療育服務,近年來更致力分享親子教養資訊、推動聽損兒童融合教育,並普及聽力保健知識,期盼在家庭、學校和社會埋下良善的種子,替聽損者營造更加友善的環境。