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為什麼打哈欠會傳染?——哈欠的千年之謎(下)

淨妍
・2018/08/29 ・1612字 ・閱讀時間約 3 分鐘 ・SR值 540 ・八年級

編按:在上一篇〈為什麼會打哈欠?——哈欠的千年之謎(上)〉中,我們談到打哈欠是科學家千年以來持續探討的問題,並分為生理功能與社交功能兩派研究,也說明了哈欠的生理功能與氧氣濃度無關。現在讓我們繼續討論哈欠傳染的秘密!

「同理心」是哈欠傳染的關鍵?

傳染性哈欠都發生在較為親近的兩個物種身上。圖/flicker

除了打哈欠的成因,許多研究也喜歡關注「打哈欠會傳染」這個現象,他們將這類型的哈欠稱為「傳染性哈欠」。傳染性哈欠可能會發生在相同物種或是具有較強的聯繫的兩個物種身上,舉例來說,你看到另一個人打哈欠,你也會很想打哈欠,因為你們是同樣的物種;而你看到狗打哈欠,你也會很想打哈欠,那是因為人類和狗之間有很強烈的社會關係(狗是人類的好朋友)。另外很有趣的一點是,人類傳染性哈欠的觸發不一定要透過親眼看見,聽見打哈欠的聲音、看見打哈欠這個字或圖像,都很容易讓人想打哈欠。

雖然傳染性哈欠的機制尚未被研究出,但因為傳染性哈欠都發生在較為親近的兩個物種身上,所以科學家推測傳染性哈欠和「同理心」有很大的關係,當你看見別人在打哈欠,大腦中負責同理心和社交技巧的區域會被激發,因此,越有同理心的人,越容易被傳染打哈欠。而基於傳染性哈欠和同理心之間的相關性,科學家進一步推測,並不是每個物種都會發生傳染性哈欠,會傳染打哈欠的動物,需要有較複雜的認知能力,也就是擁有自我意識與同理心的概念,如人類以及黑猩猩。

人會被狗傳染哈欠,料狗見人亦如是?

但與同理心的假設矛盾,目前沒有科學研究能夠證明犬類擁有自我意識,但它們卻會做出「有同理心」的行為。狗在詮釋人類行為方面的能力很強,包含分辨人類的表情、聲音、語氣、肢體動作,它們也會被人類及自己的同類傳染哈欠。為什麼狗狗們沒有與人類相同的自我意識,卻具有同理心呢?有研究假設,犬類所擁有的同理心,是為了同步與人類之間的溝通所導致的馴化共演化[註]結果,也就是說,那是它們長期親密依存於人類後所演化出的能力。

狗的傳染性哈欠有可能是馴化與共演化的結果。圖/giphy

但以上的說法卻又被另一個研究推翻。2017年的一份研究用收容所的狗做實驗,想了解為什麼有些狗會被人類傳染哈欠,是否那些被傳染哈欠的狗在詮釋人類行為的能力較為優秀?結果發現,作為實驗對象的60隻狗當中,只有12隻被陌生的人類傳染了哈欠,也就是說,哈欠傳染不一定會發生。研究者接著讓人和狗進行遊戲,想知道那12隻被傳染哈欠的狗是否擁有較優秀的解讀人類行為能力,卻發現牠們沒有比不被傳染哈欠狗理解人類行為,不符合以往打哈欠與同理心有關的假設。綜合目前的研究,犬類的哈欠傳染機制仍然沒有定論。

雖然研究者一直以來都十分努力,但人類目前仍尚未找出打哈欠的生物與社會機制,也不確定為什麼哈欠會傳染,只能期待未來某一天人類能找到這個古老問題的答案了。而我們也可以發揮實驗精神,對著毛寶貝們打哈欠,觀察它們有什麼反應!

[註]共演化:一項生物學的性質因另一項生物學的性質變化而隨之變化。

本文為系列文章,上一篇請見:為什麼動物會打哈欠?—哈欠的千年之謎(上)

參考資料:

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淨妍
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泛科的新人實習生,希望能在這個資訊過量的時代裡,留下有價值文字。 另一個身分是「喀報」記者https://castnet.nctu.edu.tw/search/%E6%88%B4%E6%B7%A8%E5%A6%8D

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醫生開刀時,大腦的同理心訊號超弱?別緊張!同理心是可以調節的——專訪國立陽明交通大學神經科學研究所特聘教授 鄭雅薇
PanSci_96
・2023/01/10 ・4050字 ・閱讀時間約 8 分鐘

你有想過可以透過腦波,研究人類的同理心是怎麼運作的嗎?

小時候老師常說,「人之初,性本善」,這件事的真假可以透過科學驗證嗎?(摸摸自己的良心,就問你怕不怕)

讓我們從「社會認知神經科學(Social Neuroscience)」出發,或許可以給你一個想像不到的答案。

什麼是「社會認知神經科學」?

2000 年,美國心理學家 John Cacioppo 開始研究人類的「寂寞感(loneliness)」,專注於討論寂寞感對人身心健康的影響。「社會神經科學(Social Neuroscience)」、「社會認知神經科學(Social Cognitive Neuroscience)」一詞也因此誕生,一個嶄新的研究領域,就此展開。

美國心理學家 John Cacioppo,開創了社會神經科學的領域。 圖/wikmedia

近似於認知神經科學( Cognitive Neuroscience),都是研究人類的心智,惟社會認知神經科學特別聚焦於「社會(social)」上,探討社交互動時人類心智的運作。

因為社會互動的複雜性,這也是一門跨領域的學科,範圍包括社會心理學、發展心理學、哲學,或甚至數學或醫學等。

如何看到「同理心」?同理心研究的起源

人類對於同理心的好奇心一直沒有停過,但同情心沒有實體,他深藏在我們的內心,科學家要如何才能測量跟觀察呢? 2004 年,德國心理學家 Tania Singer,想到透過功能性磁振造影(fMRI)來「看」同理心。

德國心理學家 Tania Singer,開啟了透過腦神經網絡研究同理心的先河。 圖/wikipedia

有別於以往用問卷去蒐集相關的資料,為了要有明顯的實驗標的,研究團隊選擇用「痛(pain)」這個刺激,並找來他們認為同理心最強的實驗人選——大學裡熱戀中的女生。他們請受試者躺在 fMRI 裡,先想像自己被電,再來看著幾何圖形想像自己的男朋友被電。

Tania Singer 等人觀察到,受試者想像自己被電,與想像男友被電時,腦中有部分重複產生反應的區域,前腦島(anterior insula)與前扣帶皮層(anterior cingulate cortex),她認為那就是人類的「同理心」。

但是他們也同時發現,當受試者想像他人被電時,大腦中感覺皮質,並沒有像自己被電時一樣產生反應。因此他們認為,當我們面對他人疼痛時,只能同理他的難過感受,並沒有辦法同理他的疼痛強度。

雖然這樣的結論,還有很多待討埨的地方,但  Tania Singer  用「痛」做的研究成為了一個很好的範例。科學家們受到啟發後,開始進行各種觀察自我疼痛與他人疼痛之間大腦反應的實驗(開始到處戳人)

編按:之後,發表在《Nature Neuroscience》的義大利的團隊,利用穿顱磁刺激儀(TMS,Transcranial magnetic stimulation)重新去驗證看見他人疼痛時,感覺皮質是否真的不會參與?

這次他們直接讓受試者看到別人被針扎,以及被棉花棒碰一下。結果發現當受試者看到別人被針扎時,大腦的感覺皮質產生的電位下降比較大,相對于棉花棒,電位變化就沒有那麼大。代表我們對於他人的疼痛程度,還是可以同理的。

導致兩個實驗結果不同的影響原因,有可能是 Tania Singer 是請受試者看著符號想像別人被電,而並非真實到看被刺痛的影像。

這些看到他人疼痛,就會產生反應的腦區,就是人類平常處理同情心的地方嗎?但我們的大腦中,其實並沒有特定的區塊專門處理同理心。

這些看到他人疼痛,就會產生反應的腦區,就是人類平常處理同情心的地方嗎?但我們的大腦中,其實並沒有特定的區塊專門處理同理心。圖/pixabay

大部分人都會直覺性的認為,大腦的每個部分都有特定的作用,各司其職,但可惜事實往往沒有想像中那麼簡單。

首先因為實驗中大部分都是用痛覺的刺激來做實驗,所以研究人員也就不約而同看到這些位置。這背後代表了,這些區域的工作可能也包含了我們對痛覺的反應與處理。

再者,人類的大腦功能多樣,但大小有限,所以每個腦區其實都是多工的。因此在研究中也會發現,這個腦區可能同時處理社交互動、決策,或者情緒之類的。

除了以上這 2 個原因之外,或許我們還需要問問「同理心是什麼?」

共感=同理心嗎?「情感同理心」與「認知同理心」

2006 年,有科學家發表了鏡像神經元(Mirror neurons)這個詞 ,表示大腦中的前運動皮質與頂下小葉(Inferior parietal lobule)這兩塊偏管理動作的腦區,在看到別人做動作的時候也會有反應,就像兩個小朋友在玩模仿遊戲(Mirror game)一樣。

在看到別人做動作的時候也會有反應,就像兩個小朋友在玩模仿遊戲一樣。圖/giphy

有許多人也認為,鏡像神經元的機制可以完美的解釋,為什麼人可以理解另外一個人,甚至人與人之間是因此才有辦法進行社交互動。

但也有另一派人認為不是如此,他們太小看人類了,人沒有那麼簡單,同理心也應該是更為複雜的機制。

因此目前世界對於同理心的解讀分成了兩派,一個就是傳統上的「情感同理心」,或者稱之為共情。另外一派則認為同理心的機制應該更加複雜,在情感同理心之外,應該還有「認知同理心」參與,幫助人類設身處地推論、解讀他人的狀態,這背後也隱含了心智理論(Theory of Mind,縮寫為 ToM),對方的行為、意圖與心理都是理解的範圍。

同理心的機制,真的就是上面這樣了嗎?鄭雅薇教授的研究提出了另一個答案。

醫護人員的「同理心」比較弱?

一開始,鄭雅薇教授找來了針灸科醫師為實驗對象——一個常常在扎人與看別人被扎的職業,她發現當受試者在工作時,他的前腦島與前扣帶皮層都沒有太大的反應,有反應的反而是負責控制的前額葉。

這代表醫療人員比較冷血,沒有同理心嗎?

其實並沒有,因為醫生填同理心的自評量表結果,與控制組是一模一樣的。這表明醫療人員也是充滿同理心的,只是他在面對專業時,必須收起自己的同理心。

針灸科醫師在工作時,他的前腦島與前扣帶皮層都沒有太大的反應。圖/elements

所以,「同理心是我們可以控制的嗎?」從這個問題出發,鄭雅薇教授發現了在腦神經網絡中,也就是認知同理心與情感同理心之間存在一套調控機制。

為了更深入了解同理心的調節機制,鄭雅薇教授將研究對象的範圍擴大,從針灸科醫師延伸到護理師,發現了環境是一重要影響因素。當在醫院工作時,共情反應通常較低,但回到家後,共情的反應比較大。

鄭雅薇教授認為,認知同理心會去控制我們,在面對不同環境、不同對象的情況下,表現出不同的同理心的反應。比如當護理師在幫病人打針時,為了不讓自己過度共感而妨礙工作,她必須要把同理心收起來。同樣的,當外科醫師在幫病人開刀時,要是太過同理對方的感受,手術刀會更難劃下去。

從鄭雅薇教授的研究中,我們可以看到同情心的運作其實比你想像的更複雜。 圖/鄭雅薇教授提供

相反的,若是病人在恢復室內,還沒有完全恢復,如果醫師沒有設身處地去理解他可能哪裡有狀況,有時候就會忽略掉身體出現的一些狀況。或者是身心科醫師,如果他沒有十足的同理心,會很難偵發掘到病人非常微細的一些變化。

由此可見,同理心並不是一種單純的反射,背後隱藏一串複雜的調控機制。

但既然同情心如此複雜,需要認知同理心與情感同理心互相配合,那如果有人缺少其中一項會怎麼樣呢?

情感同理心是天生,但認知同理心是後天養成

從發展的角度,鏡像神經或者是情感同理心那一塊,我們一出生就有了。比如說,醫院的育嬰室如果有一個小孩哭,很快其他小孩也會哭成一片。但認知同理心的發展比較慢,因為其中還包含了心智理論,所以通常在 3 歲後才會慢慢發展成熟,有時候甚至到 10 歲才能趨於發展成熟。

醫院的育嬰室如果有一個小孩哭,很快其他小孩也會哭成一片。圖/elements

過去有許多人認為自閉症就是缺乏情感同理心,因此社交能力不好,眼睛也會不看人,或是目光接觸時會非常閃爍。鄭雅薇教授為此研究,結果發現自閉症患者是有情感同理心的,反而甚至有點太過。

跟健康組比起來,自閉症的情感同理心沒有什麼不同,但相對他的認知同理心是有困難的,所以他才會刻意去迴避別人的情感與眼神,因為少了認知同理心的調控,他人的情感對他而言會是無法承受之重。

既然缺乏認知同理心,會產生類似自閉症患者的反應。那缺乏情感同理心呢?

如精神變態、冷血殺手(psychopathy),是他無法將對方的痛苦與自己的痛苦連結,因此他對他人的遭遇比較冷感。在情感同理心缺乏的情況下,他們在認知同理心往往表現的很好。等於他雖然無法同理你的感受,卻能清楚知道你的處境。這也導致他們冷血,在傷害別人甚至是犯罪時,冷血,難以產生罪惡感。

但這不代表對痛覺比較不敏感的人,或者情感同理心較低的人就會缺乏同理心。有研究團隊就針對天生沒有痛覺的人實驗,發現他們的情感同理心反應雖然比較低,但在認知同理心上反應比較高。這也代表,情感同理心並非是認知同理心的基礎,這之間互相機制相當複雜。

透過腦波看一看,原來同情心這麼複雜

從整個同情心的運作機制來看,並不是只有「看到你哭,所以我哭」這麼簡單,後面其實還隱藏著一套後天發展的心智理論存在。情感同理心與認知同理心的相互作用,才是形塑我們同情心的核心,也才能讓我們在感知這個世界的同時做出回應。

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快樂真的會傳染!提高幸福感的科學魔法:鏡像神經元——《心念的力量》
商業周刊
・2022/08/19 ・3474字 ・閱讀時間約 7 分鐘

藏在我們大腦的模仿鏡子:鏡像神經元

要理解反安慰劑效應在人與人之間傳播的方式,我們首先必須審視一般社會傳染的起源。

這是透過預測機制的一個重要元素所產生,亦即「鏡像系統」(mirror system),使我們將他人的身體和心理狀態建構到個人世界模擬中。

故事始於義大利帕爾馬大學(University of Parma)一隻猴子和花生的實驗。一九九〇年代初期,賈科莫.里佐拉蒂(Giacomo Rizzolatti)的神經科學家團隊一直在研究導致有目的動作的神經元活動——例如,指示手拿起霜淇淋筒的訊息。

為此,他們在一隻獼猴的大腦上安裝了一個感測器,並記錄它抓取玩具或將食物送到嘴裡時的神經元電活動。經過多次的試驗,研究人員發現,每個動作都引起不同的腦細胞群發光,顯然各別的神經編碼(neural code)代表了不同的意圖。

作為破解大腦「神經編碼」重要的一步,這絕對是一項重大的發現。

然而,他們無意間發現,即使猴子的身體處於靜止狀態,當它看到研究人員抓著它的花生或玩具時,大腦也會突然活躍起來。更引人注目的是,讀數顯示了一種異常相似的電活動模式,如同猴子本身抓取物體時所表現的。

即使是幼年獼猴,也能透過鏡像神經元了解、模仿人類的動作。圖/Wikipedia

大腦似乎在反射它所看到的東西,然後重新創造經驗本身,促使研究小組將這些細胞描述為「鏡像神經元」(mirror neurons)。

他們聲稱,這個過程使我們不必經過有意識地思考,就能夠立即了解另一個人在做什麼。

你笑,所以我也微笑了

根據後來在猴子和人類身上進行的研究,發現大腦的鏡像系統對感覺和行為都有反應。當我們看到別人表達某種情緒時,大腦在涉及情緒處理、以及相關情感表達的區域顯示出高度的活動——就好像我們自己也親身體驗一樣。

重要的是,這種內部鏡像會導致明顯的物理模仿,根據皮膚的電反應記錄顯示,當你看到別人微笑時,你自己的臉頰肌肉會開始輕微抽動;如果他們皺眉,你眉毛上的肌肉也會跟著皺起;如果他們抿著嘴,露出厭惡或疼痛的表情,你會忍不住有點畏縮——這一切都是因為這個鏡像系統的自主活動。

你有過這樣的經驗嗎?當別人對你微笑時,你也會不由自主的勾起嘴角。圖/Pixabay

我們說話的語調和速度也會轉而趨近談話對象的聲音,就連瞳孔也會擴張或收縮,以配合我們正在觀看的對象。

因此,另一個人的存在甚至可以不知不覺地改變我們的身體和心理。這些身體效應顯然是有目的的,新增了我們對他人感受的理解。

在驗證此想法的一個精彩實驗中,研究人員招募了接受肉毒桿菌注射的整容手術患者,在其面部肌肉暫時麻痹時,要求他們描述在各種照片中人們所表現的感受。

結果發現,相較於注射了「皮膚填充物」但不影響面部肌肉的參與者,注射肉毒桿菌的患者更難識別情緒。參與者需要身體鏡像來充分理解照片中人物的感受;少了身體鏡像,他們的情緒處理就被擾亂了。

同理心,從表情的感受開始

當然,人類不僅僅是透過面部表情進行溝通;我們還有文字和符號,也能刺激大腦的鏡像系統。如果你聽到「微笑」這個詞,你會體驗到情緒處理區域的一絲活動,甚至可能會體驗到面部肌肉本身的小動作,就好像你真的快要露出笑容似的。

就像我們直接模仿別人的面部表情一樣,會讓我們本身感受到一絲影響,就算沒有客觀理由感到更快樂。

文字和符號也能刺激大腦的鏡像系統。圖/Pixabay

因此,里佐拉蒂的團隊——和他們的猴子——在偶然之間發現了同理心的神經基礎,能夠解釋情感如何透過某種傳染力在人與人之間巧妙地傳遞,他們後來寫道,「當人們說『我對你的痛苦感同身受』來表達理解和同理心時,可能都沒有意識到這個說法是多麼真實」。

當然,大多時候,我們只會對他人的感受產生微弱的反映。當我們看到彩票中獎者的照片時,不會感到極度狂喜;而看到有人哭泣時,也不會感到極度痛苦;他們的表情只會調節我們已經感受到的。

但是,如果我們和某人相處了很長時間,或是與不同的人進行多次互動,而這些人都表現出相似的情緒特徵,那麼即使是很小的影響也會累積起來。

當快樂被「傳染」,可以造成多巨大的影響?

為了說明一個人的情感能傳播多遠,想像一下你和一個對自己生活十分滿意、態度非常積極的人做朋友,你可能會為他們感到有點高興,但他們的喜悅真的也能為你的生活帶來長久的快樂感嗎?

根據弗雷明翰心臟研究一項詳細的縱向調查,答案是肯定的。

由於你經常與他們互動,你在生活滿意度調查中獲得高分的可能性將增加 15% ——儘管你目前的情況並沒有什麼改變。

你朋友的朋友呢?同一項研究發現,他們的幸福感會傳遞給你的朋友,而你的朋友會將幸福感傳遞給你,在未來幾個月裡,你感到快樂的機率會新增約 10%。你此時對生活的滿意度甚至會受到朋友的朋友的影響,他們會使你的幸福感提高 6%。這些人你幾乎肯定從未見過,也許甚至不知道他們的存在,然而,他們透過一連串的互動影響著你的幸福。

你可能從未見過朋友的朋友,但他們透過一連串的互動影響著你的幸福。圖/Pixabay

鏡像系統的發現、以及更普遍的社交傳染程度,對我們的心理健康有重要的影響,揭示了人們的健康幸福程度大多取決於個人的社交圈同心圓,同時也闡明在集體歇斯底里期間某些症狀在群體中傳播的方式。

例如,當我們身處一群極度關注生化武器威脅的人群中時,每個人都會開始放大其他人的恐懼——製造出一種迴響,讓每個人都陷入恐慌狀態。更重要的是,我們過度活躍的大腦移情作用,可能會開始模擬另一個人所報告的疼痛、噁心或暈眩等感覺。

如果幸運的話,這種影響或許不足以對身體健康產生重大的衝擊。但是,如果本身已經處於好像快要生病的狀況,那麼鏡像系統的模擬可能會進入預測機制的計算,因而產生或誇大反安慰劑效應。我們與身體不適的人互動越多、看到他們的痛苦、談論他們的症狀,自己的感覺就會越糟糕。

痛苦也會傳染!讓你感受到噁心、頭暈與頭痛

英國赫爾大學(University of Hull)的心理學家朱莉安娜.馬佐尼(Giuliana Mazzoni)是最早揭示這個過程有多強大的人之一。她邀請一小群的參與者參加「個人對環境物質反應的研究」。

參與者兩人一組,被要求吸入一種可疑的毒素,據報導該毒素會引起頭痛、噁心、皮膚搔癢和嗜睡等症狀。然而,真正的受試者並不知道所吸入的其實只是乾淨的空氣,試驗中的「搭檔」實際上是演員,他們被告知在吸入氣體時故意假裝症狀。

這項觀察結果令人震驚,與沒有看到副作用的受試者相比,看到搭檔身體不適的人報告自己出現更嚴重的症狀。

不僅快樂會傳染,連生病、中毒的症狀也會被他人影響,形成反安慰劑效應。圖/Pixabay

馬佐尼的研究結果首次發表於二〇〇〇年末,如今已有大量其他研究證明,類似反安慰劑效應的症狀可以透過社會傳染在人與人之間蔓延。

一項模仿藥物試驗的研究發現,在看到偽裝參與者出現的假症狀後,服用無害藥丸的受試者出現噁心、頭暈和頭痛等症狀高出了十一倍。

另一項研究檢視常到診所捐血的人。一般人在捐完血後感到暈眩或頭昏的情況是很常見的,但如果捐血者才剛看到另一位捐血者快要昏倒的樣子,這些症狀發生的可能性高出兩倍。

這些社會傳染效應具有高度的特殊性:在觀察過程中所傳播和加劇的,是他人特定的症狀,而不是一般的不適感。這些症狀的出現超出典型的反安慰劑效應,不像是可能從沒有表現症狀的人那裡得到的書面或口頭警告。

——本文摘自《心念的力量:運用大腦的期望效應,找到扭轉人生的開關》,2022 年 7 月,商業週刊

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十萬年灰狼DNA,替狗的起源帶來什麼啟示?
寒波_96
・2022/07/29 ・4108字 ・閱讀時間約 8 分鐘

由化石、遺骸等材料獲取古代 DNA,是探索生物遺傳史的利器。2022 年一篇論文報告大量古代狼的基因組,探討狼群的變遷。

狗源自於狼,對古代狼的研究,是否也能釐清狗在哪兒馴化?盡管這項研究沒有提供直接的明確答案,依然帶來有用的線索。

未滿 2.3 萬年的狼,血緣主要源自西伯利亞

中文稱之為「狼」的動物有好幾款,狗的祖先是灰狼(grey wolf,學名 Canis lupus),主要住在北美洲,以及歐亞大陸靠北邊的區域,歐洲、中東、中亞、北亞、東亞。這項研究獲得 66 個新的古代基因組,加上之前發表過一共 72 個,覆蓋率介於 0.02 到 13。

最古老的樣本距今約 10 萬年,大部分地點位於歐洲、西伯利亞的東北部、北美洲。獲得每一個地區,不同年代的大批樣本,便能比較狼在不同時間、空間的血緣變化。

不同地區一直都有狼,假如各地的狼不太交流,那麼每一個地區的狼,遺傳上都會更接近同一地區,更早與更晚的狼,和其他地區的同類差異較大。然而比對得知,狼的血緣主要取決於時代,而非地點。

比方說歐洲 1 萬年前的狼,和 1 萬年前的美洲同類比較近,卻和 3 萬年前的歐洲狼比較疏遠。由此推論,古代各地狼群間的遺傳流動應該非常頻繁,沒有某地狼群孤立太久。

取樣位置。以北極點為中心的視角,歐洲、西伯利亞、北美洲環繞在外,和台灣一般習慣的地圖視角很不一樣。圖/參考資料 1

最明確的案例發生在距今 2.3 到 2.8 萬年前。比 2.3 萬年更晚的狼,和比 2.8 萬年更早的狼,遺傳上各自形成較近的一群。這是由於源自西伯利亞的血緣,向其他地區單向輸出所致。

晚於 2.3 萬年,各地的狼有很大比例血緣,能追溯到 2 萬多年前的西伯利亞狼群。歐洲古代狼群仍保留 10 到 40% 更早的血緣,沒有被完全取代。等到最近 1 萬年內,歐洲狼群的 DNA 又往西伯利亞、中國流動。

北美洲換過新血,再度與郊狼混血

相比之下,北美洲早於 2.3 萬年的血緣完全消失不見,徹底換上一批新血,和當地更早的同類可以說是不同的遺傳族群,光憑化石根本無從得知。

歐洲、西伯利亞、北美洲狼群,不同年代的遺傳關係。圖/參考資料 1

北美洲另有一個犬科物種:郊狼(coyote,學名 Canis latrans),和灰狼可以生產後代。兩者遺傳上約在 70 萬年前分家,至少 10 萬年前便陸續有遺傳交流。

北美洲晚於 2.3 萬年的狼,血緣皆能追溯到西伯利亞近期的移民;如今北美洲的狼群,可以視為前述血緣加上 10 到 20% 郊狼的合體。換句話說,北美洲比較早的狼就有郊狼血緣,全滅換過一批以後,很快又與郊狼混血。

北美洲的狼皆配備郊狼成分,而歐亞大陸所有的狼都缺乏,可見狼群向美洲的遷徙是單行道,只有從亞洲向美洲移民,沒有再回來的。

各時間、空間基因組的遺傳組成。圖/參考資料 1

狼遺傳適應的存在感迅速躍升,比狗狗馴化更早

生物的 DNA 不斷改變,和外界環境互動之下,有些遺傳變異顯得有利,存在感上升。根據論文的分析辦法,在最近 10 萬年狼的基因組上偵測到 24 處遺傳適應。

最強烈的訊號位於第 25 號染色體的 IFT88 基因附近,距今 3 到 4 萬年前間,從 0% 直接躍升為 100%。此一基因和頭骨型態有關,但是不清楚對狼與狗的具體作用。其下游 2.5 Mb 處還偵測到另一個強烈訊號,2 到 4 萬年前間躍升為 100%。

除此之外還有幾處 DNA 變異,於 2 到 4 萬多年前存在感明顯增加。據此判斷在那個時期,各地的狼群有不少遺傳交流。而這些可能有利於狼適應的遺傳變異,狗狗也有配備,推測這些情慾流動的時刻,或許早於狗狗馴化的時間點。

所以狗到底什麼時候馴化的?多年下來也沒有一個很明確的答案,加上新研究的證據還是沒有,但是真相或許已經呼之欲出。

狗狗馴化真的是超級難題

狗的馴化是個超級難題,不是缺乏證據,而是比起其他馴化生物,狗明明有一大堆證據,卻互相矛盾,無法更加釐清問題。

貓的馴化研究比狗少很多,但是答案清楚很多。圖/npr

每一種馴化生物,都有野生的近親。野生近親中的一群後來衍生出馴化生物,因此馴化生物的直系祖先那一群,在演化樹上會較為接近馴化生物。例如野生的斑貓(Felis silvestris)有 5 個亞種,其中的非洲野貓(Felis silvestris lybica)衍生出馴化貓。

狗的狀況完全不一樣。將狗與狼擺在一塊畫演化樹,所有的狗自成一群,各地狼群也被歸類為另一群,兩群平行。過往通常解釋為:馴化為狗的那群狼已經滅團,所以我們見不到和狗在同一群的狼。

然而,這回加入大批不同時間、空間的古狼以後,狗的直系祖先狼依然不見蹤影。最接近狗狗的是距今 1.3 到 2.3 萬年前的西伯利亞古狼(也就是隨後各地所有狼的祖先),可是牠們們依然不是狗的直系祖先,是平行關系。

由此推敲,狗狗的直系祖先狼,和西伯利亞古狼在遺傳上應該早於 2.3 萬年前分家,否則演化樹上,狗就會在一群狼的內部。但是應該沒有早太多,因為當時兩者的差異還很有限,比其他地區的狼更小。

一篇尚未正式發表的論文,獲得日本古代灰狼的基因組。演化樹上除了狗一群、狼一群以外,日本狼的位置比所有狼都更接近狗。考量到日本是隔絕於東北亞海外的島,此一發現值得玩味。圖/biorxiv

最初的狗於「東方」馴化?

仔細比較,狗的血緣更接近如今地理上偏歐亞大陸東方的狼,論文藉此推論,狗的馴化應該發生在「東方」,但是具體位置不明。

如今所有的狗,都缺乏早於 2.3 萬年歐洲狼的成分,歐洲為起源地的可能性,幾乎可以排除。而晚於 2.3 萬年的歐洲狼,依然小部分繼承前輩血緣,是牠們與狗差異較多的原因之一。

兩萬多年前發生什麼事呢?距今 1.9 到 2.6 萬年左右,全球進入酷寒的冰河時期,稱為末次冰盛期(Last Glacial Maximum,縮寫 LGM),大幅限縮生物的發展空間。對照狼的演化史,在此之後各地族群都被西伯利亞的狼群取代。

末次冰盛期之際,各地狼群很可能被切割開來,缺少遺傳交流機會,各自損失慘重,例如北美洲就全面滅團。身為狗狗直系祖先那群狼,或許當時也被孤立,更有機會與人類發生關係,造就馴化狗的契機。受到人擇之後,這支血脈與其他的狼在遺傳上明顯分開。

如果地點不是西伯利亞,大概也在不遠處,我猜是西伯利亞南部、華北、蒙古到中亞一帶。回答狗狗起源這個難題,這兒 2 到 3 萬多年前的化石,或許就保存著夢寐以求的基因組。

東狗血緣(藍色)、西狗血緣(黃色)和現今中東狼的遺傳關係。圖/參考資料 1

狗有兩地狼的血緣,但馴化是一次或兩次?

另一件有意思的發現是,除了上述血脈,狗狗們還具有另一款不同的血緣,遺傳上最接近現代中東到南亞一帶的狼群,姑且稱之為「西狗血緣」。

用敘利亞現代狼作代表,估計 7200 年前中東同一地區的古狗,配備 56% 類似的血緣。這個數字誤差不小,看看就好,但是足以肯定西狗血緣至少在 7200 年前已經存在。

相較於前述與西伯利亞古狼關係密切的「東狗血緣」,「西狗血緣」來自另一群古狼,牠們不住在歐洲,可能位於中東到南亞一帶,大部份血緣應該也源自 2 萬年前的西伯利亞古狼,只是分家年代晚於東狗血緣。

根據東狗血緣(藍色)、西狗血緣(黃色)表示不同狗狗的遺傳組成。圖/參考資料 1

由此推敲,有批狼在東方變成狗以後,西方或許又發生過一次獨立的馴化,可是也有機會是東方狗到達以後,與當地狼大幅合體。

一個論點是:狗在東邊馴化一次,後來又融入西邊的狼。另一個論點是:狗在東邊、西邊各馴化一次。兩者皆符合目前的證據,隨著後續的 DNA 流動,兩款祖源都成為如今多數狗狗的一部分。

遠離歐亞大陸的新幾內亞唱犬(New Guinea singing dog)、澳洲野犬(dingo),都缺乏西狗血緣;牠們的祖先超過一萬年前便形成獨立遺傳支系,後來某個時刻又渡海抵達新幾內亞、澳洲。

考量這件事,我猜狗只在距今 2.6 萬年以前與過後的幾千年期間,於歐亞大陸偏東邊明確馴化一次,後來再傳播到各地;傳向東南方,新幾內亞唱犬的祖先一直獨立發展,缺乏西狗血緣;傳到歐亞大陸西邊,一萬年內的狗則與當地狼群合體,融入大量西狗血緣。不過目前這只是公堂上的假設。

狗狗的起源與演變,仍需要更多證據才能明確解答。不過這項研究的主角其實是狼,光是這方面獲得的新知便很值得學習。

延伸閱讀

參考資料

  1. Bergström, A., Stanton, D. W., Taron, U. H., Frantz, L., Sinding, M. H. S., Ersmark, E., … & Skoglund, P. (2022). Grey wolf genomic history reveals a dual ancestry of dogs Nature, 1-8.
  2. Ice Age wolf DNA reveals dogs trace ancestry to two separate wolf populations
  3. Ancient wolves give clues to origins of dogs

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寒波_96
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