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又到了和溪流用顏色共譜回憶的季節!

eeft_96
・2018/04/06 ・1540字 ・閱讀時間約 3 分鐘 ・SR值 462 ・五年級

如果你是一個色票迷,那麼一定不可錯過這浪漫的色票產生器;如果你對生活美學有所堅持,那麼,這篇文章將重新打開你的想像;如果,你平時就自詡為生態人,這篇文章更將展開你充滿創意的藝術行動!那到底要怎麼開始呢?

從日常生活的顏色、到你市鎮中的那條溪流

在平凡的生活中,每一幅日常的風景,都能夠定格為一張張絕美的色票。先來看看這些取自環境中的色彩之詩吧:

棕紅、赭紅與淺絳紅,溫暖的糖霜與奶茶色,是屬於情人的甜蜜溫度,圖/作者提供。
嫩綠、豆綠、松花綠,堅韌的多肉植物們總為城市守住一絲安靜的療癒,圖/作者提供。
粉紅、桃紅與波爾多紅,任何場合都展現細緻又嬌豔的貴氣,圖/作者提供。
丁香、羅蘭與黛紫,道盡女孩們呵護自己的小小浪漫,圖/作者提供。

是不是很夢幻,讓人心情大好呢?但這色票好像與我們平常所看到的不太ㄧ樣,到底是怎麼產生的呢?在這裡,溪流小編要告訴你這些浪漫色票的祕密產生器:其實,它們都來自台北市中的一條溪?!

不只是水質檢測,用顏色記錄下你和溪流的寶貴回憶吧!

在不久前的七月裡,內雙溪自然中心與國立科學教育館,共同合作了「水陸倆棲」棲地調查營。營隊中的大小朋友們,和溪流小編一起騎著自行車,循著雙溪河岸,拜訪都市溪流的上、中、下游。除了有趣的水中生物觀察以外,也拿起水質試劑,替雙溪做了一次健康檢查。

美麗的色階,來自溪流上中下游不同點位的水質狀況,圖/作者提供。

溫暖的糖霜與奶茶色,來自六個觀察點中的溶氧量(Dissolved Oxygen,DO);療癒的松花與嫩綠,是水體中不同位置的酸鹼值(pH);嬌豔的粉紅色階,是水中的硝酸鹽(NO3)在上中下游的濃度變化;浪漫的丁香與羅蘭,說明溪流上下游水中總氨量(NH3/NH4+)的多寡。

收集了這一手漂亮的色卡,溪流同時也告訴我們一些、除了水中生物以外可能的故事(溶氧量、累積的代謝廢物量等等);這些顏色的解讀,也需要同時伴隨其他變因(溫度、pH 值)一同檢視。因此,每一條溪流、每一個季節、每一個天氣系統劇烈變化或恆常不變的河濱午後或向晚,只要我們走近,都能從水中拾取出一串獨一無二的色票。

從清新可人的丁香紫到濃妝豔抹的波爾多紅,溪流的狀態一如色階展現的隱喻,圖/作者提供。

如果每個人、都在每個屬於自己的點位,累積自己的四季溪流色票。這一張張色票們,可能將在空間上逐漸排列成有意義的光譜、也可能足以在時間上累積成伴隨豐枯變化的線條。這些,屬於眼下每個日常的種種累積,在時光轉身後,都將成為寶貴的吉光片羽,供未來的我們拼湊出過去的樣貌。

透過在城市中的每個人、每一個日常的河濱散步;每一個上下學途中的例行探訪,都將讓我們在未來面對環境變動時,有更即時的警覺,以及提供更具體的原貌可以參考比較。我們也邀請住在城市每個角落的你,起身 邁向最近的那條河堤。在每個河濱的晨昏,收集屬於你自己與眾不同的、四季溪流色票。

收集一份獨一無二的、四季溪流色票,圖/作者提供。

色票收集小訣竅

  1. 可以採用「世界水質檢測日」的檢測包,並將成果上傳到網頁,把你累積的色票與眾人分享。
  2. 除了水中的繽紛色彩,我們也邀請你收集濱河的地景樣貌,甚至水中的魚蝦生物。用照片、文章或者日記,留下溪流活在每個時空中的身影。

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eeft_96
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人禾環境倫理發展基金會成立於2007年,以「推動體制內環境教育的落實」、「推動環境學習中心的建構」和「擴大社會對永續環境議題的關注和參與」為願景,持續致力於各式環境學習中心場域之教育推廣與經營管理工作,運用各種媒介平台,向大眾推廣大自然服務及水資源等主題的重要性,並持續累積發展不同主題之環境教育教材供教育單位使用。


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霍亂也有自己的免疫系統?想要入侵人體,卻不想被感染!

寒波_96
・2022/05/19 ・3396字 ・閱讀時間約 7 分鐘

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。

引起霍亂的霍亂弧菌。圖 / Wikimedia

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。

細菌的遺傳物質,除了自己的染色體外,時常還額外攜帶數量不一的質體。圖/Bacterial DNA – the role of plasmids 

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。

霍亂弧菌有 2 個染色體(左、右),DdmABC 位於第一號染色體(左)的 VSP-II 區域(圖中寫成 VSP-2),DdmDE 位於 VPI-2 區域。圖/Molecular insights into the genome dynamics and interactions between core and acquired genomes of Vibrio cholerae

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。

霍亂弧菌中 DdmABC 與 DdmDE 為兩套獨立運作的免疫系統,DdmABC 能排除入侵的病毒和質體,DdmDE 會直接攻擊質體。圖/參考資料 2

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。

一隻細菌配備對付不同入侵者的多款免疫系統,一如一艘巡洋艦配備的多款防禦系統,不論敵人從陸地、海面、空中發射飛彈,或是從海底用魚雷攻擊,都有防守的應變手段。然而,再怎麼周詳的防禦設計,都有被突破的機會。圖/wiki

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

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


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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》。