網站更新隱私權聲明
本網站使用 cookie 及其他相關技術分析以確保使用者獲得最佳體驗,通過我們的網站,您確認並同意本網站的隱私權政策更新,了解最新隱私權政策

0

0
0

文字

分享

0
0
0

牛牛不過吃個草,也可以衝康到微生物世界?

MiTalk
・2019/01/29 ・1924字 ・閱讀時間約 4 分鐘 ・SR值 484 ・五年級

陳俊堯
慈濟大學生命科學系 助理教授

 

 

除了牛,微生物也吃草!?

牛得吃草才能活。牛是動物,草是植物,但是動物和植物之間的事,居然搞到微生物世界都發生了不得了的動盪。

如果你是熟知微生物世界新聞的人,應該可以猜到後面的故事了。牛要吃草,吃下去的草裡有大量纖維素為主的植物多醣,影響腸子裡的細菌組成。細菌用了這些多醣來發酵,其中古菌們啃了有機物後產生甲烷,甲烷組成屁被牛排出,大氣裡甲烷濃度升高。甲烷是溫室氣體,人吃的牛越多,大氣裡甲烷越高,地球變熱,又把人類往滅亡的方向推進了一點。好可怕。

牛的腸內菌種會將醣類轉換成甲烷,經由牛屁釋放到空氣中。圖/pixabay

上面講的事的確沒錯。但我要講的不是這個你已經聽過的故事。

草食性動物吃草,直接影響被吃植物的生存和能量分配,吃得認真點還可能會改變當地的植物組成。如果一棵植物被啃掉一半的葉子,一定會設法趕快從土壤裡把氮源吸起來讓自己造新葉來補光合作用的不足。不過植物認真吸走氮源,也就表示土壤裡的微生物能用的氮源也變少。

植物生長難免會有枯枝落葉,這些東西在地表逐漸分解,都變成供應土壤微生物的養份。2015 年在美國懷俄明州的研究就發現,少了草食動物啃食的草地土壤裡,細菌真菌的數量比較多,而且分解植物纖維素木質素的基因、呼吸和分解含氮化合物的基因都比較多(Peschel et al. 2015)。好像動物多吃兩口,就會讓微生物們縮衣節食了。

植物是土壤有機物的主要來源。圖/作者提供

2017 年的一篇研究也發現,動物的啃食不只傷到植物,躺在土裡的微生物也中槍。在研究的這個區域裡數量最多的細菌是 Actinobacteria 門的菌種,而真菌的第一名則是 Ascomyces。在有動物啃食的區域,Actinomycetes 門細菌的數量變少,導致多樣性增高,但是 Ascomyces 門真菌的數量反而增加,讓多樣性降低。這個因為啃食造成的數量變化還伴隨著較低的土壤含碳量、微生物分解纖維素木質素的基因變少、呼吸作用和分解含氮分子的基因也變少。

似乎草食動物來搶食物的後果是微生物退讓,利用養份的狀況都變差了。

另一個在奧地利森林裡做的研究也看到類似的狀況。在有牛隻啃食植物的地方,不但菌相改變,還發現原本可以吸存甲烷的森林土壤,因為菌相改變,變成會向外排放溫室氣體甲烷(Mutschlechner et al. 2018)。就算不放屁,牛也一樣可以藉別人的手來衝康地球。

先別管微生物,你有沒有想過毛毛蟲?

但是你一定沒想到下面這種影響,來看看這篇最近出現的有趣報告。這個研究想看動物啃食的影響,比較了開放給草食動物覓食的區域,以及用網架隔離動物進不去的區域。要比較什麼東西呢?他們找了這個地區常見的蛾類幼蟲 (spring webworm caterpillars, Ocnogyna loewii),要來比較在這些草地上毛蟲的腸道菌相。

實驗結果發現這菌相還真有不同,毛蟲在小時候群居期的菌相還算接近,長大一點獨自行動後,兩組的菌相開始變得不一樣。難道說,作者認為牛隻在草地裡走來走去吃草,會嚇得毛毛蟲拉肚子而改變腸道菌相?

蛾類 Ocnogyna loewii  的幼蟲。照片來自 Ziva & Amir,CC BY-NC-ND 2.0 授權。

你猜錯了,不是。毛毛蟲沒辦法「看見」一隻牛走來走去。但是,走來走去的牛可以吃光某些好吃的植物,改變當地的植物組成。而當它們羽化成蛾時,會隨機在植物上產卵,下一代就以那植物為食。科學家們發現兩區草地上的植物組成不一樣,推測是因為植物改變,進到毛蟲肚子裡的食物也改變,在被採回實驗室分析後就得到不一樣的菌相。

牛啊牛啊,你吃個草就天下大亂了,那人的罪孽該怎麼辦呢?

吃草的牛會影響土壤裡及植物上的菌相。照片來自 DominikSchraudolf,CC0 授權。

參考文獻

  1. Berman TS, Laviad-Shitrit S, Lalzar M, Halpern M, Inbar M. Cascading effects on bacterial communities: cattle grazing causes a shift in the microbiome of a herbivorous caterpillar. ISME J. 2018 Aug;12(8):1952-1963.
  2. Eldridge DJ, Delgado-Baquerizo M, Travers SK, Val J, Oliver I, Hamonts K, Singh BK. Competition drives the response of soil microbial diversity to increased grazing by vertebrate herbivores. Ecology. 2017 Jul;98(7):1922-1931.
  3. Mutschlechner M, Praeg N, Illmer P. The influence of cattle grazing on methane fluxes and engaged microbial communities in alpine forest soils. FEMS Microbiol Ecol. 2018 May 1;94(5). fiy019.
  4. Peschel AR, Zak DR, Cline LC, Freedman Z. Elk, sagebrush, and saprotrophs: indirect top-down control on microbial community composition and function. Ecology. 2015 Sep;96(9):2383-93.

 

本文轉載自MiTalkzine,原文《老牛吃草引發的蝴蝶效應》

歡迎訂閱微雜誌MiTalkzine,加入 MiTalker 的行列,一起來認識這個星球上千萬種各式各樣的微生物吧!

訂閱連結:https://goo.gl/Qo59iG

文章難易度
MiTalk
10 篇文章 ・ 4 位粉絲
MiTalk 由一群微生物領域的科學家組成,希望能讓更多人喜歡上這些有趣的小生物。MiTalkzine 是我們推出的免費電子科普雜誌,歡迎訂閱


0

13
5

文字

分享

0
13
5

揭開人體的基因密碼!——「基因定序」是實現精準醫療的關鍵工具

科技魅癮_96
・2021/11/16 ・1998字 ・閱讀時間約 4 分鐘

為什麼有些人吃不胖,有些人沒抽菸卻得肺癌,有些人只是吃個感冒藥就全身皮膚紅腫發癢?這一切都跟我們的基因有關!無論是想探究生命的起源、物種間的差異,乃至於罹患疾病、用藥的風險,都必須從了解基因密碼著手,而揭開基因密碼的關鍵工具就是「基因定序」技術。

揭開基因密碼的關鍵工具就是「基因定序」技術。圖/科技魅癮提供

基因定序對人類生命健康的意義

在歷史上,DNA 解碼從 1953 年的華生(James Watson)與克里克(Francis Crick)兩位科學家確立 DNA 的雙螺旋結構,闡述 DNA 是以 4 個鹼基(A、T、C、G)的配對方式來傳遞遺傳訊息,並逐步發展出許多新的研究工具;1990 年,美國政府推動人類基因體計畫,接著英國、日本、法國、德國、中國、印度等陸續加入,到了 2003 年,人體基因體密碼全數解碼完成,不僅是人類探索生命的重大里程碑,也成為推動醫學、生命科學領域大躍進的關鍵。原本這項計畫預計在 2005 年才能完成,卻因為基因定序技術的突飛猛進,使得科學家得以提前完成這項壯舉。

提到基因定序技術的發展,早期科學家只能測量 DNA 跟 RNA 的結構單位,但無法排序;直到 1977 年,科學家桑格(Frederick Sanger)發明了第一代的基因定序技術,以生物化學的方式,讓 DNA 形成不同長度的片段,以判讀測量物的基因序列,成為日後定序技術的基礎。為了因應更快速、資料量更大的基因定序需求,出現了次世代定序技術(NGS),將 DNA 打成碎片,並擴增碎片到可偵測的濃度,再透過電腦大量讀取資料並拼裝序列。不僅更快速,且成本更低,讓科學家得以在短時間內讀取數百萬個鹼基對,解碼許多物種的基因序列、追蹤病毒的變化行蹤,也能用於疾病的檢測、預防及個人化醫療等等。

在疾病檢測方面,儘管目前 NGS 並不能找出全部遺傳性疾病的原因,但對於改善個體健康仍有積極的意義,例如:若透過基因檢測,得知將來罹患糖尿病機率比別人高,就可以透過健康諮詢,改變飲食習慣、生活型態等,降低發病機率。又如癌症基因檢測,可分為遺傳性的癌症檢測及癌症組織檢測:前者可偵測是否有單一基因的變異,導致罹癌風險增加;後者則針對是否有藥物易感性的基因變異,做為臨床用藥的參考,也是目前精準醫療的重要應用項目之一。再者,基因檢測後續的生物資訊分析,包含基因序列的註解、變異位點的篩選及人工智慧評估變異點與疾病之間的關聯性等,對臨床醫療工作都有極大的助益。

基因定序有助於精準醫療的實現。圖/科技魅癮提供

建立屬於臺灣華人的基因庫

每個人的基因背景都不同,而不同族群之間更存在著基因差異,使得歐美國家基因庫的資料,幾乎不能直接應用於亞洲人身上,這也是我國自 2012 年發起「臺灣人體生物資料庫」(Taiwan biobank),希望建立臺灣人乃至亞洲人的基因資料庫的主因。而 2018 年起,中央研究院與全臺各大醫院共同發起的「臺灣精準醫療計畫」(TPMI),希望建立臺灣華人專屬的基因數據庫,促進臺灣民眾常見疾病的研究,並開發專屬華人的基因型鑑定晶片,促進我國精準醫療及生醫產業的發展。

目前招募了 20 萬名臺灣人,這些民眾在入組時沒有被診斷為癌症患者,超過 99% 是來自中國不同省分的漢族移民人口,其中少數是臺灣原住民。這是東亞血統個體最大且可公開獲得的遺傳數據庫,其中,漢族的全部遺傳變異中,有 21.2% 的人攜帶遺傳疾病的隱性基因;3.1% 的人有癌症易感基因,比一般人罹癌風險更高;87.3% 的人有藥物過敏的基因標誌。這些訊息對臨床診斷與治療都相當具實用性,例如:若患者具有某些藥物不良反應的特殊基因型,醫生在開藥時就能使用替代藥物,避免病人服藥後產生嚴重的不良反應。

基因時代大挑戰:個資保護與遺傳諮詢

雖然高科技與大數據分析的應用在生醫領域相當熱門,但有醫師對於研究結果能否運用在臨床上,存在著道德倫理的考量,例如:研究用途的資料是否能放在病歷中?個人資料是否受到法規保護?而且技術上各醫院之間的資料如何串流?這些都需要資通訊科技(ICT)產業的協助,而醫師本身相關知識的訓練也需與時俱進。對醫院端而言,建議患者做基因檢測是因為出現症狀,希望找到原因,但是如何解釋以及病歷上如何註解,則是另一項重要議題。

從人性觀點來看,在技術更迭演進的同時,對於受測者及其家人的心理支持及社會資源是否相應產生?回到了解病因的初衷,在知道自己體內可能有遺傳疾病的基因變異時,家庭成員之間的情感衝擊如何解決、是否有對應的治療方式等,都是值得深思的議題,也是目前遺傳諮詢門診中會詳細解說的部分。科技的初衷是為了讓人類的生活變得更好,因此,基因檢測如何搭配專業的遺傳諮詢系統,以及法規如何在科學發展與個資保護之間取得平衡,將是下一個基因時代的挑戰。

更多內容,請見「科技魅癮」:https://charmingscitech.pse.is/3q66cw

文章難易度
科技魅癮_96
15 篇文章 ・ 12 位粉絲
《科技魅癮》的前身為1973年初登場的《科學發展》月刊,每期都精選1個國際關注的科技議題,邀請1位國內資深學者擔任客座編輯,並訪談多位來自相關領域的科研菁英,探討該領域在臺灣及全球的研發現況及未來發展,盼可藉此增進國內研發能量。 擋不住的魅力,戒不了的讀癮,盡在《科技魅癮》