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比人還要大隻的遠古巨企鵝 Kumimanu

藍羊_96
・2017/12/15 ・1598字 ・閱讀時間約 3 分鐘 ・SR值 527 ・七年級

文/林子揚
國立清華大學分子與細胞生物所博士生,從事像是手工藝品一樣的植物保存研究。興趣涉及演化學、生態學、考古學和地球科學,嗜好是研讀跟自己研究題目完全無關的科學新知。

幾天前在《自然通訊》(NATURE COMMUNICATIONS)發表的論文,記錄一種在紐西蘭南島發現、年代距今約 5550~5950 萬年前的古企鵝。這種企鵝命名為 Kumimanu biceae,屬名由毛利語的 kumi (神話中的大怪物)和 manu(鳥)結合,種名是紀念主要作者的母親。

Kumimanu biceae 的部分骨骼化石。credit: Senckenberg Research Institute.

而科學家發現的這份化石,其所有的骨骼集結成一個團塊;將這個團塊拆分開來後,主要是部分的上肢骨骼(肱骨、烏喙骨、尺骨、肩胛骨)和胸椎、脛骨。雖然完整度並不算高,從這些骨骼已經可以推算大致的尺寸。肱骨整體長度大約為 18~23 公分之間(因為化石缺了一端),這個尺寸是企鵝化石物種中排前幾名的。 Kumimanu 站立時身高推估約為 1.77 公尺左右,體重約 100 公斤。而現生最大的皇帝企鵝也只有 1.2 公尺高、46 公斤重,所以可知新化石物種有兩倍左右的體重,和成年人類相若的高度。

  • 圖片指的只是巨型企鵝,而非 Kumimanu

讓中生代結束的隕石事件,造成非鳥類恐龍滅絕後,取而代之的巨大陸行鳥類高達 2 公尺,是當時生態系的主要掠食者,雖然牠們現存的近親們是餐桌上的雞鴨鵝。

那些也很大的古企鵝們

與這些巨鳥同時期,往海中發展的企鵝也快速地演化。企鵝這個類群是何時獨立分支還不清楚,或許在 6800~7000 萬年前的白堊紀末期,也可能是在 K-T 事件(Cretaceous–Tertiary extinction)發生後很短的時間內。不過可以確定的是,企鵝的祖先生活在南極洲和紐西蘭一帶(當時兩者之間的距離約 1500 公里,比現在近很多)。

已知最早的企鵝是約 6200 萬年前的威馬奴企鵝(Waimanu),從這個屬名和本次新物種一樣有 -manu 的字根,就知道一樣是以毛利語來命名;這個屬名的意義是「水中的鳥」。威馬奴企鵝雖然已經不能飛,但前肢還保有原為翅膀時的關節,現代企鵝則已經演化成堅挺的鰭狀構造。下面是這種企鵝的復原圖:

曼納林威馬奴企鵝(Waimanu manneringi)復原圖。source:Wikipedia

其實在 Kumimanu 發現以前,就已經知道早期企鵝有巨型化的趨勢,不過那是進入始新世後的事件。最為彰顯的是古冠企鵝(Palaeeudyptes)和劍喙企鵝(Anthropornis)兩個類群,牠們生活在始新世中期到漸新世早期之間,一般尺寸和新發現的 Kumimanu 相近,其中最小的物種也大於皇帝企鵝;至於最大的則是卡氏古冠企鵝(Palaeeudyptes klekowskii),可能身高達 2~2.2 公尺之間。

卡氏古冠企鵝(Palaeeudyptes klekowski)復原圖,可能身高達 2~2.2 公尺之間。  圖/ wikimedia

所以 Kumimanu 並非紀錄中最大型的企鵝。但值得注意的是,牠是年代最早的巨型企鵝,而且出現的年代只比威馬奴企鵝晚一些,約在古新世中晚期。雖然目前沒有其他介於其年代之間的化石紀錄,但亦可推知企鵝快速地發展出了龐大的軀體和優異游泳能力,並且占據了海中主要掠食者的位置,這樣的進展和陸地上的鳥類情況也頗為相似。而且 Kumimanu 和後面始新世巨型企鵝的年代之間,還隔著一群體型比較小的物種,這代表企鵝體型巨大化的發展出現了可能不只一次。

至於企鵝為何後來沒有持續發展龐大的體型?由於哺乳類重新回到水中,演化成鯨豚的年代正好吻合,有可能是鯨豚取而代之,不過這也只是相當間接的猜想,詳細的經過目前還不明確。

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臺灣半數肺癌患者沒吸菸!不吸菸肺癌的致病成因是?

PanSci_96
・2020/07/20 ・2263字 ・閱讀時間約 4 分鐘 ・SR值 605 ・十年級

肺癌傳統被認為與吸菸畫上等號,不過,臺灣的不吸菸肺癌患者卻比吸菸者多。中央研究院與臺大醫學院跨單位研究團隊以蛋白基因體技術建立臺灣早期肺癌病人的多體學大數據,找到不吸菸肺癌患者可能的致病機制。

研究主要有三個發現,首先是肺癌和人體體內APOBEC*突變特徵的高低、其次與致癌物的曝露有關;最後更發現一個從未被發現的新亞型肺癌,及其致癌基因突變的差異,有助早期發現臨床潛在的高風險肺癌患者。

*註:APOBEC的突變被認為跟癌症的發生有關。

研究主持人中研院化學所所長陳玉如表示,「這是東亞第一套結合深度多體學大數據及完整臨床資料,深度解析不吸菸肺癌成因的研究成果」,也是美國臨床蛋白基因體學腫瘤分析聯盟(CPTAC)首次和國際聯盟團隊(臺灣)攜手合作,以蛋白基因體學揭開臺灣及美國病人肺癌生物學的面紗。臺美二個獨立成果於今年(2020)7月9日同步發表在國際頂尖期刊《細胞》《Cell》上,並共同榮登本期雜誌封面。

肺癌致病的關鍵:APOBEC突變特徵、致癌物效應

肺癌是全球癌症死亡的主因,即使藥物治療近年有長足的進展,5年存活率仍低於20%,目前仍是國人癌症死亡頭號殺手。研究指出,在美國不吸菸者約佔肺癌患者的20%,而東亞地區(包括臺灣)的肺腺癌有獨特的特色,不吸菸者(尤其是女性)患病的比率高過於吸菸者。在臺灣有50%以上的肺癌病患並不吸菸,超過9成得肺癌的女性都不抽菸,而且近十年有年輕化的趨勢。為釐清東亞不吸菸肺癌的致病機制,此研究分析東亞地區103名肺癌病患,探究早期不吸菸肺癌的發病與進展。

癌細胞基因突變結果顯示,東西方病人突變的基因背景大為不同;肺腺癌癌變與APOBEC的突變特徵很有關。罹癌患者中,高達74%從未吸菸年輕女性(小於60歲)和所有無肺癌「表皮生長因子受體(EGFR)」 驅動突變的女性患者APOBEC突變特徵程度高,顯示APOBEC的突變特徵可能為女性早期肺癌的驅動因素;而高APOBEC突變特徵又與免疫療法療效呈正相關。因此,APOBEC突變特徵可能成為早期診斷和免疫治療的潛在生物標誌物。

此外,研究也發現,暴露於致癌物而引起的基因體編輯突變特徵,亦可能是癌症早期的主要驅動因素。在部分較年長女性(大於70歲)中程度較高,化學致癌物代謝和解毒過程及特定途徑的活化可能影響腫瘤癌化、惡化和免疫調節異常。換言之,減少生活中致癌物的暴露率可能是預防肺癌的有效策略。

發現「新亞型」肺癌 有助早期發現潛在高風險患者

過去研究已知,臺灣肺癌患者主要在EGFR基因上會發生Del19和L858R兩種突變,病患若是發生L858R突變,存活率較低,且容易產生惡性胸腔積液和癌細胞轉移,不過至今仍未發現明確的生物機轉。此次透過蛋白體學特徵可將肺腺癌分為五個亞型,其中有一個從未被發現的新型早期肺癌「類晚期」亞型。此亞型可區分出Del19和L858R突變的腫瘤在早期癌症之惡性特徵。因此,臨床醫師有機會可藉惡性特徵發現早期肺癌患者,進一步提供密集的監測和考慮可能的佐劑加以治療。此外,「類晚期」亞型的早期腫瘤也可發現顯著增加的蛋白,如間質溶解素MMP11等,可能可以作為檢測的生物標誌。

東亞第一個解析不抽菸肺腺癌之多體學大數據

工欲善其事,必先利其器,有賴於深度蛋白質基因體技術和多體學數據整合分析,及臺灣肺癌臨床團隊提供高品質檢體及臨床資料分析,此次跨領域及院校研究方能就東亞肺癌有此重大突破。肺癌團隊主持人楊泮池指出,「蛋白基因體學發現不吸菸肺癌患者在腫瘤發生和癌症進程上存在著人種和地域上的獨特性,此研究為早期不吸菸者肺腺癌提供了新的見解」。

除中研院之外,研究團隊成員由臺灣大學、臺北醫學大學、臺中榮總提供病人檢體、臨床數據及檢測技術等,共同呈現前所未有的東亞肺腺癌完整鳥瞰圖景,包括針對男女族群、吸菸與不吸菸族群,描繪出更清晰的肺腺癌疾病進程,並且發現新的癌症標誌物與找出導致臺灣肺腺癌的可能病因。

首次攜手合作 臺美「癌症登月計畫」重大發現

本院擁有領先世界的蛋白基因體技術、生物資訊分析平台與大數據分析技術,且臺灣醫療團隊具備完善的長期追蹤資料。藉此優勢,本院與美國國家癌症研究所(National Cancer Institute, NCI)於2016年簽署「癌症登月計畫(Cancer Moonshot)」合作備忘錄,參與國際癌症蛋白基因體學聯盟(International Cancer Proteogenome Consortium, ICPC)。同年10月臺灣通過生醫產業推動方案,科技會報將癌症登月計畫納入為「推動特色重點產業」策略之一,提供利用蛋白基因體大數據開發創新診斷及新藥研發之契機。

持續關注肺腫瘤生物學及早期肺腺癌的研究進展,將有助推動肺癌檢測開發和相關管理策略。「癌症登月計畫」臺灣團隊認為,臨床資訊、多體學技術及體學大數據為發展癌症精準醫學之必要基礎工程,為欲深入研究和發展肺腺癌精準醫療的研究人員和臨床醫生的最大後盾。若能進一步凝聚跨學研單位、醫學中心及跨部會及產學合作,透過與國際癌症登月計畫團隊分享各國數據與資源,持續研發新策略,有助未來發展臺灣特色的精準醫學。

記者會合影

論文共同第一作者為本院化學所陳誼如博士後研究員、本院統計所張雅媗博士後研究員及英國癌症研究所Theodoros I. Roumeliotis,本院資訊所陳鯨太博士後研究員及時任本院化學所林妙霞博士後研究員(現任臺灣大學)亦列為共同第二作者。研究團隊包括本院化學所陳玉如所長、臺大醫學院內科教授楊泮池(本院院士)、本院統計所陳璿宇副研究員、英國癌症研究所Jyoti S. Choudhary、臺灣大學醫學檢驗暨生物技術學系與基因體暨精準醫學研究中心俞松良教授、臺大醫院外科醫師陳晉興、本院資訊科學研究所宋定懿研究員及臺北醫學大學韓嘉莉助理教授等。本次研究經費主要來自科技部、中研院及臺灣大學支持。


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