促進情慾流動的果蠅費洛蒙，竟然也能讓人類有反應!?──2018搞笑諾貝爾生物學獎

這是個從生活經驗中衍生出的成語。煽風，指煽動風勢；點火，指點燃火種。將火種點燃，再用扇子煽它，就會冒出火光。如今家家使用瓦斯爐，只要轉動開關，引燃瓦斯，就會冒出火來。火力大小，可以隨心所欲。然而從前可不是這個樣子。

章老師小時候，農村大多使用燒柴火的爐灶，城市大多使用煤球爐。章老師住在城市，讓我打開記憶的匣子，談談煤球爐吧。

煤球是用焦炭碎屑，調上些泥巴，用模子製成的短柱體，上頭有許多上下通透的孔洞。煤球爐是用紅泥或黃泥做的，爐壁很厚，有個火門，用來煽火。使用煤球爐時，先在爐內放些廢紙和劈碎的柴火，做為火種。再點燃廢紙，引燃柴火。待柴火燒旺了，再把煤球放上去，然後從火門用力煽風，煤球就會慢慢地點燃了。

使用柴火的爐灶，也是一面放柴火，一片煽風。如今到野外露營，也是點燃枯枝敗葉後猛力煽風。這個自古就有的生活經驗，不期然地衍生出成語「煽風點火」，比喻鼓動慫恿，藉以挑起事端。這個成語和「推波助瀾」、「興風作浪」的意思差不多。好了，讓我們造兩個句吧。

選舉期間政客們煽風點火，吸引選民們注意。

野心分子從旁煽風點火，釀成這次暴力事件。

扇風點火的科學原理

接下去要談談煽風點火的科學意涵。燃燒，其實是一種劇烈的氧化作用，所以必須要有氧氣。空氣中約含21%的氧，我們用力煽火，就是灌進更多的空氣，助長燃燒。

可燃物的燃點不一，有的低，有的高。以章老師小時候使用的煤球爐來說，作為火種的廢紙，用根火柴就能點燃，其次是劈碎的木柴，再其次是煤球。煤球那麼不容易點燃，如果煮完飯還沒燃盡怎麼辦？有辦法，只要關上火門，讓空氣進不去，氧氣供應不足，燃燒就會慢下來，變成將熄未熄狀態。煮下一餐時，只要打開火門，就會復燃了。

通常煮完晚餐，關上火門。第二天早晨，打開火門，在將熄未熄的煤球上，疊上一個新煤球，再連續煽風，就會引燃新煤球，然後用煤球夾，把舊煤球夾出來，換上新煤球。因此，新舊煤球套著用，不必天天生火。

章老師曾當過老師，有次學生不小心把酒精燈打翻了，引起實驗台著火，有人急忙去拿滅火器，章老師不荒不忙地用條吸滿水的大毛巾蓋上去，火立刻熄滅。這可不是變了什麼戲法，而是阻斷了氧氣所致。

燃燒，是可燃物與氧（助燃物）作用的結果。阻斷氧氣供應，可燃物就燃燒不起來了。滅火器有很多種，原理都是阻斷氧氣供應。

滅火器是1816年英國人曼比發明的，到了19世紀末，開始使用碳酸-硫酸滅火器。滅火劑是碳酸氫鈉（小蘇打）溶液，和一小瓶開口向上的硫酸。使用時把滅火器倒過來，硫酸和碳酸氫鈉混合，立即產生大量的二氧化碳，從噴口噴出來。二氧化碳非但不能助燃，噴出的泡沫還會阻斷空氣中的氧氣，火當然就燃燒不起來了。

本文轉載自顯微觀點

平價嶄新技術 擴張毫微蠅腦

2023 Taiwan顯微攝影競賽銀獎 Wiring the Brain，題材為果蠅大腦的多巴胺神經網路。蠅腦中比頭髮纖細數千倍的神經纖維與突觸，放大印刷到超過人腦直徑，依然清晰可數。

由於果蠅具有與人類高同源性的基因，也能表現複雜的行為（求偶、覓食、打鬥等），精密解析其腦部構造與整體運作方式，是科學家探索人心智奧秘的重要里程。果蠅的大腦尺寸約為 0.59mm × 0.34mm × 0.12mm，比針尖更細小。其中的神經纖維與突觸更細小數千倍，僅有數百奈米，有時小於光學顯微鏡 200 奈米的繞射極限。即使透過最精密的轉盤式雷射共軛焦顯微鏡，科學家也難窺全像。

到了 21 世紀，在突觸等級分析果蠅大腦仍是相當困難的工程。以掃描式電子顯微鏡（SEM）逐步分析被切成薄片的蠅腦樣本，提供奈米等級解析度的同時，也是侵入性極高，而且可能破壞神經原貌的耗時作法。在AI協助下，2018 年首先問世的立體果蠅全腦圖譜就是由大量平面電子顯微影像重建而成。

對於持續探索腦神經真實立體結構的科學家，除了鑽研更極致的光學放大效果（如螢光消去顯微術、晶格層光顯微術等足以達到超解析影像，也需要昂貴設備的技術），也有人另闢蹊徑，擴張樣本以浮現原本被繞射極限遮蔽的細節。

2015 年，麻省理工的波伊登（E. Boyden）提爾貝里（P. W. Tillberg）與陳飛等科學家發表擴張顯微術，以實驗室常見的水凝膠（Hydrogel）、蛋白質水解酶（Protease）等材料，就能將螢光染色的組織均勻（Isotropic, 各方向等量均質）放大，以傳統光學顯微鏡就能觀察原本相距數百奈米的微小構造。

即使有擴張顯微術的幫助，建立果蠅的連接體圖譜仍是一番繁複工程。取出果蠅大腦的顯微手術，需要數周到數月的時間才能熟練。成功擴張的樣本也必然遭遇螢光訊號被稀釋，影像解析度降低的問題。

聚合、分解與吸水 尿布材質推動腦科學

擴張顯微術的基本步驟包含

錨定 / Anchoring：將樣本浸泡於水凝膠（常用丙烯酸鈉，與尿布吸水部位相同的材料分子），讓水凝膠單體分子滲入樣本，與樣本的蛋白質黏合固定。

聚合 / Polymerization：加入藥劑，讓水凝膠單體間形成聚合並交聯（Cross-link），形成一個緊密滲入、黏合樣本的立體網狀結構。

分解 / Digestion：以蛋白質水解酶分解樣本中的蛋白質骨架，除去擴張時來自樣本的抵抗，但盡量保留螢光蛋白。

擴張 / Expansion：將水凝膠與樣本的結合體加入水中，讓聚合水凝膠吸水擴張，使樣本隨之擴大，每個方向可均勻擴張4到5倍。反覆吸水，各維度最多可擴張近 20 倍。

2023 Taiwan 顯微攝影競賽銀獎得主劉柏亨分享，其中的「分解」步驟最為關鍵。如何除去樣本內部的拉力，又盡量保持螢光蛋白的訊號，就是實驗的技巧所在。除了使用蛋白質水解酶分解細胞骨架，也能採替代方案，以藥物將蛋白質骨架「變性（Denature）」減少原有的拉力，保留全部螢光蛋白。但是殘存的拉力也會影響擴張過程，使其失去各向同性（Isotropic）的均衡性質，導致樣本扭曲。

他的訣竅是，結合兩種途徑，在過程中不斷調整實驗溫度等變項，並使用「生物素化（Biotinylation）」在擴張前放大螢光訊號；或是使用鍵擊化學（Click Chemistry）在樣本擴張後染上螢光，在每次嘗試中逐步接近理想的解析度與信號強度。

參考資料：

• Expansion sequencing: Spatially precise in situ transcriptomics in intact biological systems Science
• Expansion Microscopy Science

難道我不是

你一樣的蠅嗎？

你不也是

我一樣的人嗎？

──威廉．布萊克《蠅》

黃果蠅女生特製費洛蒙，讓彼此為愛鼓掌

每年都是新的開始，2018 年也不例外。今年「第 28 次第一屆搞笑諾貝爾獎」一共頒發 10 個獎項，其中生物學獎的得獎理由是「品酒專家可以清楚分辨出一杯酒中，一隻果蠅的氣味」，這謎樣的描述讓人看不出得獎的是品酒師還是果蠅……

什麼！得獎的不是品酒師也不是果蠅，是 8 位科學家！？[1]

這 8 位科學家之所以能拿下搞笑諾貝爾獎，靠的是「The Scent of the Fly」這篇論文。說實話，光看論文內容還真的有點意義不明，不知道他們是吸了什麼才會設計這個實驗（大概不是吸貓？）。

不過研究結果倒是很明確：人類可以分辨出一種果蠅分泌的費洛蒙是否存在。[2]

這裡的「果蠅」可不是隨便的果蠅，而是垃圾桶、實驗室隨便都有的黃果蠅 (Drosophila melanogaster)。它是經典的模式生物之一，我們看到的果蠅研究若是沒有特別解釋，大概超過 87% 的研究對象都是黃果蠅。這就像是「研究嚙齒類與靈長類的異同」，意思往往等於「比較小鼠與人類的異同」，「研究果蠅」的言下之意通常是「研究的是黃果蠅」。

果蠅不會講話，溝通要靠費洛蒙。不過，不同物種、不同性別、不同族群的果蠅，配備的費洛蒙常常不太一樣，就像不同地方的人講不同語言那樣。黃果蠅會合成一種微量的費洛蒙「Z4-11Al」，它的化學分子不大，所以可以揮發；雖然只有女生會製造 Z4-11Al，但是黃果蠅不論女男，接觸到都會起反應，效果是「刺激性慾」，讓它們啪啪啪發出愛的掌聲。

人類也能偵測果蠅性愛費洛蒙！？

實驗結果顯示人類和黃果蠅一樣，不論女男皆能分辨出 Z4-11Al 存在，而且能力不遜於果蠅：一杯酒中只要有 1 ng，換算濃度是 0.03 nmol/L 就可以偵測出來。一位女果蠅平均一小時可以分泌 2.4 ng；所以只要給一位女果蠅 27 分鐘，或是半位女果蠅（？）一個小時，她們製造的 Z4-11Al 量就足以被品酒師偵測到啦！

對惹，拿來做實驗的酒裡當然沒有果蠅！研究者讓果蠅在酒杯中留下氣味後就放生，可能是我見過最仁慈的果蠅實驗惹。

搞笑諾貝爾獎沒提的是，人類不但能分辨這種費洛蒙，甚至還比其他種果蠅厲害！黃果蠅的近親「擬黃果蠅」(Drosophila simulans) 就對這個費洛蒙沒什麼反應，分辨能力竟然還不如人類靈敏。各位直立大猿 Homo sapiens 們別妄自菲薄，你們的感官是很敏銳的！

果蠅特地分泌來促進性慾的費洛蒙，為什麼也會被人類偵測到？答案目前仍不得而知，論文作者們也沒有比較好的解答，暫時只能歸因於結構的交錯、命運的巧合。

有意思的是，Z4-11Al 這種化學分子不只黃果蠅 ，兔子屁股的腺體也會分泌。不過這是否意謂兔兔和果蠅間也能有某種交流，目前也不得而知。莫非這就是傳說中的寵物溝通師嗎？（誤）

飛行的情慾，揮發性費洛蒙

話說回來，讓人類分辨果蠅的費洛蒙，也許看上去很搞笑，不過一開始研究 Z4-11Al 的目的無疑非常認真，對這領域有點接觸的捧油，或許早已由關鍵字猜到玄機：物種與性別間都有差異！天啊，是演化研究的寶貝題材呢！！！

• 延伸閱讀：果蠅基因兩性互相傷害？一個基因不夠，那就複製一個！

如前所述，費洛蒙是果蠅的語言，一如人類靠著花言巧語來促進情慾流動，果蠅則憑藉費洛蒙溝通。果蠅的費洛蒙早經過多年研究，黃果蠅更是從上到下、從裡到外被摸得相當透徹（自以為）。可是科學家們一直到 2017 年才知道，之前的研究竟然遺漏了好幾種費洛蒙（囧）。[3]

為什麼會遺漏呢？這是因為化學分子千變萬化，而每種偵測方法都有適合的範圍。果蠅的費洛蒙主要是碳鏈分子加工品，之前的方法適合辨識較為長鏈、超過 16 個碳的目標；這類費洛蒙由於骨架大，體重胖，通常不能揮發，屬於接觸型作用的費洛蒙。但是 2017 年的論文希望尋找揮發性、不需接觸，遠距離就能作用的費洛蒙。

研究結果嚇死人，居然還真的找到惹！科學家刻意蒐集果蠅周圍氣體，竟然真的能從中抓出一批微量的醛類 (aldehydes)，一共有 16 種之多，當中 7 種兩性皆有，其餘 9 種只有女生有。而在女生限定的 9 種費洛蒙中，最大量的正是搞笑諾貝爾獎得主 Z4-11Al。

不管形狀的話，Z4-11Al 總共有 11 碳 1 氧 2 雙鍵 (C11H20O，全名 (Z)-4-undecenal)，分子式長這樣：

C−C−C−C−C−C−C＝C−C−C−C＝O

Z4-11Al 是由更長的分子，斷裂再氧化而形成的，它的原料叫作 7,11-HD，共有 27 碳、2 雙鍵 (C27H52，全名 (Z,Z)-7,11-heptacosadiene)，分子式為：

C−C−C−C−C−C−C＝C−C−C−C＝C−C−C−C−C−C−C−C−C−C−C−C−C−C−C−C

相信各位眼光銳利的大猿都看得出來，7,11-HD 前半段斷掉以後，末端再氧化，就會變成 Z4-11Al 惹。

看不出來，是不會複製貼上尋找「C−C−C−C−C−C−C＝C−C−C−C」嗎！（怒）

促進同類情慾交流，抑制異種產生性趣

我們已經知道黃果蠅會製造超過 60 種費洛蒙，而且女生和男生的差異很大。7,11-HD 是女生製造最大量的費洛蒙之一，影響也較為明顯。這種骨架很大飛不起來、沒有揮發性的費洛蒙，會促進黃果蠅兩性個體間的情慾交流，卻又會抑制黃果蠅和近親擬黃果蠅發生關係。[4]

7,11-HD 是黃果蠅女生主要的費洛蒙，不過男生也會製造一絲絲 [5]。理論上，7,11-HD 氧化後有 26 種可能的醛類產物，然而目前只偵測到 16 種，其中一種就是 Z4-11Al。

進一步測試發現，黃果蠅是靠著 Or69aB 這個神經元接收 Z4-11Al；可是擬黃果蠅卻對它不為所動。推測理由是因為，Z4-11Al 是 7,11-HD 的衍生物，擬黃果蠅並不會製造 7,11-HD，而沒有 7,11-HD 就沒有 Z4-11Al（以及一系列醛類揮發性分子），沒碰過也就沒有機會發展接收 Z4-11Al 的能力惹。

換句話說，黃果蠅兩種費洛蒙 7,11-HD 及其衍生物 Z4-11Al，不但兩性有別，而且在物種間還有差異，是一道強化近親之間生殖隔離的關卡。

• 延伸閱讀：加拉巴哥島上，可能目睹新的達爾文雀物種誕生

更有意思的是，竟然不是所有黃果蠅都能偵測 Z4-11Al。黃果蠅與人類一樣，雖然老家都在非洲，卻移民到世界各地。住在非洲辛巴威的黃果蠅，許多特徵和非洲以外的同類不太一樣，也有一些生殖隔離的狀況產生。實測發現，辛巴威黃果蠅男生，和擬黃果蠅一樣也對 Z4-11Al 沒什麼感覺。

為什麼它們對 Z4-11Al 沒有感覺？可能的原因是，辛巴威黃果蠅女生只會製造少量 7,11-HD，它的功能有其他費洛蒙代替。一如擬黃果蠅，假如沒機會接觸 Z4-11Al，自然也不會有機會發展出偵測能力。由此看來 Z4-11Al 或許也是，阻擋辛巴威與其他地方的黃果蠅，情慾流動的一項因素。

今年搞笑諾貝爾生物學獎，看似搞笑的背後，其實是交織於性愛、分離、跨界與慾望上的經驗之歌呢。

2018 年搞笑諾貝爾獎頒獎典禮：

延伸閱讀：

• 兩性間的化學戰爭，以及果蠅
• 果蠅的性騷擾行為，可能是入侵種的勝利之道？
• 鄉民的30公分哪夠看！二裂果蠅5.8公分等級的超大型精子
• 泛科學搞笑諾貝爾特輯
• 2018 搞笑諾貝爾獎結果來啦～這次的研究真是大快人心啊！

• 1. The 2018 Ig Nobel Prize Winners
• 2. Becher, P. G., Lebreton, S., Wallin, E. A., Hedenström, E., Borrero, F., Bengtsson, M., … & Witzgall, P. (2018). The scent of the fly. Journal of chemical ecology, 44(5), 431-435.
• 3. Lebreton, S., Borrero-Echeverry, F., Gonzalez, F., Solum, M., Wallin, E. A., Hedenström, E., … & Walker, W. B. (2017). A Drosophila female pheromone elicits species-specific long-range attraction via an olfactory channel with dual specificity for sex and food. BMC biology, 15(1), 88.
• 4. Seeholzer, L. F., Seppo, M., Stern, D. L., & Ruta, V. (2018). Evolution of a central neural circuit underlies Drosophila mate preferences. Nature, 559(7715), 564.
• 5. Yew, J. Y., Dreisewerd, K., Luftmann, H., Müthing, J., Pohlentz, G., & Kravitz, E. A. (2009). A new male sex pheromone and novel cuticular cues for chemical communication in Drosophila. Current Biology, 19(15), 1245-1254.

本文轉載自顯微觀點

我最親愛的　你過的怎麼樣  沒我的日子　你別來無恙   -張惠妹《我最親愛的》

常常聽到「別來無恙」的問候，其中的「恙」就是指「恙蟲」。在唐朝顏師古的《匡謬正俗》一書中便提到：「恙，噬人蟲也，善食人心。古者草居，多移此害，故相問勞，曰無恙。」用以關心久未見面的朋友沒有染讓恙蟲病、一切安好。

而清明節一到，衛福部疾管署便會提醒民眾上山掃墓或是趁連假到戶外踏青，要小心「恙蟲病」，就是因為每年恙蟲病的病例數從4、5月，也就是清明假期左右開始上升；到6、7月達最高峰。

但恙蟲病到底是什麼樣的疾病呢？恙蟲病古時被稱為沙虱，早在晉朝葛洪所著的醫書《肘後方》提及，「初得之，皮上正赤，如小豆黍米粟粒；以手摩赤上，痛如刺。三日之後，令百節強，疼痛寒熱，赤上發瘡。」

恙蟲病是一種病媒傳播的人畜共通傳染病，致病原為恙蟲病立克次體（Orientia tsutsugamushi或Rickettsia tsutsugamushi），被具傳染性的恙蟎叮咬，經由其唾液使人類感染立克次體。而感染立克次體的恙蟎，會經由卵性遺傳代傳立克次體，並在每個發育期中，包括卵、幼蟲、若蟲、成蟲各階段均保有立克次體，成為永久性感染。

感染恙蟲病可能引起危及生命的發燒感染。常見症狀為猝發且持續性高燒、頭痛、背痛、惡寒、盜汗、淋巴結腫大；恙蟎叮咬處出現無痛性的焦痂、一週後皮膚出現紅色斑狀丘疹，有時會併發肺炎或肝功能異常。 恙蟲病的已知分佈範圍不斷擴大，大多數疾病發生在南亞和東亞以及環太平洋地區的部分地區；台灣則以花東地區、澎湖縣及高雄市為主要流行區。

比細菌還小的立克次體

立克次體算是格蘭氏陰性菌，有細胞壁，無鞭毛，革蘭氏染色呈陰性。但它雖然是細菌，但是嚴格來說，更像是細胞內寄生生命體，生態特徵多和病毒一樣。例如不能在培養基培養、可以藉由陶瓷過濾器過濾、只能在動物細胞內寄生繁殖等。大小介於細菌和病毒之間，呈球狀或接近球形的短小桿狀直徑只有0.3-1μm，小於絕大多數細菌。

最早發現的立克次體感染症的是洛磯山斑疹熱（Rocky mountain spotted fever）；由美國病理學家立克次（Howard Taylor Ricketts，1871-1910）所發現。

1906年立克次到蒙大拿州度假，發現當地正在流行一種叫做洛磯山斑疹熱的傳染病，病患會出現頭痛、肌肉痛、關節疼痛的症狀，之後皮膚會出現出血性斑塊。當時沒有人知道是什麼原因造成這個疾病。

立克次一開始以顯微鏡觀察病患血液，發現一種接近球形的短小桿菌，但卻無法體外培養。而他將帶有「短小桿菌」的血液注射進天竺鼠體內，或是以壁蝨吸食患者血液再咬天竺鼠，發現天竺鼠也會染病。另外，他試驗各種節肢動物來做為媒介，發現只有壁蝨能夠成為傳染窩進行傳播。

立克次釐清了洛磯山斑疹熱的成因與傳染途徑，但因為無法在體外培養基培養這個病原菌，他並未加以命名。

後來其他研究者從斑疹傷寒等其他疾病也發現無法在培養基生長、必須絕對寄生宿主細胞的類似細菌，並為了紀念立克次的貢獻，而命名為「立克次體」。

而立克次體不只一種，因此引起的疾病也不只有恙蟲病。在台灣列為法定傳染病的還有由普氏立克次體（Rickettsia prowazekii ）引起的流行性斑疹傷寒，透過體蝨在人群間傳播；由斑疹傷寒立克次氏體（Rickettsia typhi）造成的地方性斑疹傷寒，由鼠蚤傳播至人體。另外還有由立氏立克次體（Rickettsia rickettsii）所引致的洛磯山斑疹熱等。

立克次體透過傳統革蘭氏染色的效果非常弱；因此常用一種對卵黃囊塗片中立克次體進行染色的方法，以利光學顯微鏡觀察。現在，這項技術常用於監測細胞的感染狀態。

受限於光學顯微鏡的解析度，許多科學家也使用電子顯微鏡來對立克次體與宿主細胞相互作用的精細結構進行分析。例如分別引起流行性斑疹傷寒、洛磯山斑疹熱和恙蟲病的立克次體，外膜組織就能透過電子顯微鏡看到些許的差別，有的外膜較厚，有的則是外膜內葉和外葉倒置。

做好預防就能別來無「恙」

根據疾管署統計，今（2024）年至 4 月 1 日恙蟲病確定病例已累計至 2 8例，高於去年同期。

立克次菌無法在一般培養基培養，雖然可用接種天竺鼠或雞胚胎來分離病原確診，但基於實驗室生物安全操作規定，通常以免疫螢光法、間接血球凝集、補體結合等檢查抗體的方式來檢驗。

恙蟲病可用抗生素治療，若不治療死亡率達 60%。但最好的預防方式還是避免暴露於恙蟎孳生的草叢環境，掃墓或是戶外活動最好穿著長袖衣褲、手套、長筒襪及長靴等衣物避免皮膚外露。離開草叢後也要盡速沐浴和更換全部衣物，以防感染。

參考資料

• Ammerman, N. C., Beier-Sexton, M., & Azad, A. F. (2008). Laboratory maintenance of Rickettsia rickettsii. Current protocols in microbiology, Chapter 3, Unit–3A.5.
• Silverman, D. J. (1991). Some Contributions of Electron Microscopy to the Study of the Rickettsiae. European Journal of Epidemiology, 7(3), 200–206.
• 立克次–立克次疾病的研究先驅
• 維基百科-立克次體
• 疾管署官網