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耳朵太差聽不見求偶蛙鳴?南瓜蟾蜍用愛發光找伴侶

彥寧
・2019/07/25 ・2353字 ・閱讀時間約 4 分鐘 ・SR值 466 ・五年級

有時經過河邊或是水溝,仔細靜下來,就能聽見一陣一陣的蛙鳴聲。可是,你知道有些青蛙,是無法用蛙鳴進行溝通的嗎?

通體橘黃,南瓜一樣的小青蛙

世界上的蛙類百百種,有不斷想要侵略藍星的、也有每天都一直跑出門旅行的,不過,我們今天的主角是——鞍背短頭蟾 (Brachycephalus ephippium)。

牠就是本文的主角,鞍背短頭蟾 (Brachycephalus ephippium)。 圖/EurekAlert!

鞍背短頭蟾分布在巴西東南部的山地沿海森林,是一種小型青蛙,具體一點來說,牠真的超級小,成體只有 12.5 到 19.7 毫米,跟我們的手指甲差不多大而已。

而牠的俗名則是「Pumpkin toadlets」(直翻就是南瓜蟾蜍),顧名思義,牠的體色跟南瓜一樣,全身都是橘黃的喔!而且虹膜也是黑色的,看起來就像裝了一對假的圓滾滾黑色大眼睛,很可愛的樣子。

大家都知道狐狸怎麼叫,那青蛙呢?

大部分的蛙類高度仰賴聲音來進行溝通,有些蛙類在不同的狀況下,還會發出不一樣的叫聲。比如說,當雄蛙或其他種蛙類嘗試找對象進行假交配,卻不小心抱錯蛙時,被抱錯的蛙會發出釋放叫聲 (Release call),而當牠們被敵人抓住時,則會緊急發出求救叫聲 (Distress call)。順帶一提,去網路上搜尋「screaming frog」就能找到大量的青蛙求救叫聲影片合輯,一開始看覺得滿好笑的,不過後來知道那是求救叫聲後,就越看越難過了。

當被敵人抓住時,也些青蛙會發出求救叫聲。那關於這隻青蛙克明, 泛科學也有做過詳細的介紹喔! 圖/uludagsozlukgaleri

不過今天主要要說的是求偶叫聲 (mating call)。有些青蛙在求偶時會發出特定頻率的叫聲,且蛙類能聽到的聲音頻率範圍很窄,對同種類叫聲頻率特別敏感,尤其雌性常利用叫聲來確定雄性的位置,並選擇適當的交配對象。

那青蛙是怎麼聽到聲音的呢?鼓膜就像是蛙類的耳朵,而鼓膜內面連著耳柱骨 (columella),耳柱骨是兩爬類與鳥類的聽小骨,能將聲音傳入內耳的感覺細胞,再刺激大腦產生聽覺。

聽不見彼此,蟾蜍的愛情也可以很安靜

令人震驚的是,根據一篇 2017 年的解剖結果顯示,鞍背短頭蟾和另一種同一屬的青蛙並沒有中耳骨可以將聲波傳進內耳。所以其實鞍背短頭蟾對同種之間的求偶叫聲非常不靈敏,甚至接近聽不見!

這就奇怪了,既然聽不見,那為甚麼南瓜蟾蜍還要白做工,繼續發出求偶叫聲呢?

聽不見彼此聲音的鞍背短頭蟾,只好轉而仰賴視覺來溝通了。因此,研究團隊推斷,發出求偶叫聲這個行為,之所以沒有隨著演化消失的原因,可能是由於發出叫聲時,蟾蜍的鳴囊也會跟著震動,異性就可以藉由看見鳴囊的震動來判斷「噢!原來牠正在求偶。」

另一方面,南瓜蟾蜍求偶的季節正是沿海森林的雨季!這下子,牠們真的只能聽見下雨的聲音,還用唇語(鳴囊語?)說愛情了呢XD

在雨季期間求偶的南瓜蟾蜍真的只能聽見下雨的聲音,還用唇語說愛情,幸福也可以很安靜。 圖/Darius Krause@Pexels

你可能會想,在一整座下雨的森林中,單單只靠鳴囊震動,是絕對不夠讓南瓜蟾蜍在茫茫落葉海中,找到彼此的身影的!許多科學家及生物學家在發現牠們聽不見彼此的求偶叫聲後,也是這樣想的:「究竟他們是靠甚麼來溝通的呢?」

直到研究團隊用紫外線照了鞍背短頭蟾,一切的謎終於被解開了:發光的骨頭

深埋在骨頭裡的光芒

骨頭、發光……聽起來好像是有那麼一點,中二?

不過這可是大發現!研究團隊發現,鞍背短頭蟾的頭部、背部、關節處、手指和腳趾在紫外線的照射下,都發出了螢光!大部分生物發光的原因都是由於化學變化,不過,南瓜蟾蜍骨頭發光的原理可不一樣,是因為骨頭的分子能將光反射,且反射光的波長更長。

同時,鞍背短頭蟾的皮膚也非常非常薄,成體的皮膚厚度大約只有 7 微米而已!如此薄的皮膚,才能讓骨頭的螢光順利透出來。

鞍背短頭蟾的頭部、背部、關節處、手指和腳趾在紫外線的照射下,都發出了螢光。 圖/The National

至於另一種我們常常想到的「發光生物」──螢火蟲,牠們的發光原理,就是典型的化學反應喔!螢火蟲的發光原理和發光蕈類大同小異,泛科學也有介紹過喔!

發光的骨頭除了能求偶,還能做什麼啊?

關於鞍背短頭蟾的發光現象,還有一點很有趣,那就是年紀比較小的蛙發出來的螢光是偏藍色的,隨著年齡增長與皮膚增厚,螢光會漸漸變黃。研究團隊推斷,發出不同顏色螢光的原因,可能就是骨頭的膠原蛋白含量不同。(作者 OS:搞不好能透過螢光就能看出南瓜蟾蜍的年紀呢!)

另一方面,發光的骨頭不只有求偶作用。

對一些鞍背短頭蟾的掠食者(鳥類和蜘蛛)來說,紫外線都是可見光,意思就是南瓜蟾蜍平常骨頭的螢光,能對掠食者造成警示的效果喔!

原來,蛙兒們就算聽不見彼此的聲音,也能靠著發光找到對方,聽起來是不是有點浪漫呢?

鞍背短頭蟾骨頭的螢光能對掠食者造成警示的效果。 圖/NYU Abu Dhabi Postdoctoral Associate Sandra Goutte

參考資料

  1. The National – Abu Dhabi researchers discover toad’s ability to glow in the dark
  1. Amphibia Web – Brachycephalus ephippium
  1. 維基百科 – Pumpkin toadlet
  1. 楊懿如的青蛙學堂 – 鳴叫
  1. Types of frog calls
  1. 維基百科 – 耳柱骨
  1. Scientific Reports – Evidence of auditory insensitivity to vocalization frequencies in two frogs
  2. Science News – Tiny pumpkin toadlets have glowing bony plates on their backs

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彥寧
7 篇文章 ・ 1 位粉絲
比起鯛魚燒,我更喜歡章魚燒。


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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

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科技魅癮_96
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《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》