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世界上最小的農夫

陸子鈞
・2011/03/12 ・1182字 ・閱讀時間約 2 分鐘 ・SR值 483 ・五年級
圖片來自ScienceNow

可惜它們沒有顯微大小的單寧工作褲,一種阿米巴變形蟲Dictyostelium discoideum有機會穿到。一個新的研究發現,這種單細胞生物可稱得上是農夫,它們帶著細菌到新的地點,然後像農作物般的收割菌落。

D. discoideum或者稱為「富人」的社會性變形蟲,是一種黏菌。單一變形蟲細胞可以獨立生活,並取食土壤裡的細菌。當食物短缺時,它們彼此集結成約0.5公分的鼻涕狀形體,蠕動前往肥沃的新天地。到達目的地後,「鼻涕蟲」會形成一個有柄的子實體。柄頂端的球體會釋出孢子,每一孢子可會生成單一阿米巴蟲,再次開始新的生命週期。

一位美國德州萊斯大學的研究生Debra Brock,在畢業後,擔任實驗室的技術員,研究「富人」的發育,花很多時間在顯微鏡底下觀察。大多研究「富人」的實驗室都向廠商訂購品系,幾乎都是在幾十年前從單一菌落分離出來的。但Brock所待的研究室,有大量從野外收集到的菌落。當Brock第一次觀察野外收集到的變形蟲所產生的孢子時,她發現一個從未見過的現象:細菌從在於子實體中。

Brock認為她看到的微粒是細菌,但她無法確認。因此,她進行了一連串的實驗。首先,Brock將非常細的尖頭吸管插入子實體,將內含物抽出,然後在培養皿上培養。兩天後,一些培養皿上長出了一些細菌,支持了部分「富人」菌落收養了這些小生物在它們的孢子裡。

但這些細菌會不會只是一種感染?為了確認這點,Brock將抗生素加入「富人」的菌落中,殺死在子實體中的細菌。之後,將抗生素處理過的變形蟲放在一塊菌落上,這些變形蟲又帶有原先的那些細菌,顯示「富人」會收集細菌。

另一項實驗顯示,這種變形蟲會在它們到達的新環境中「栽種」食物。「它們可以攜帶細菌,散播並在新地點種植,最後還會收成。」Brock說道,「我們認為他們可以稱得上是農夫」。

在實驗中,大約只有三分之一的「富人」變形蟲是農夫。這表示耕種不是一直都能帶來好處,或者會被取代。事實上,Brock發現,農夫變形蟲並不在所有環境中都有優勢。當農夫變形蟲的孢子落在沒有細菌的環境下,就會蓬勃發展,因為它們能靠自己耕種。但若處於有細菌的環境下,農夫變形蟲的表現就沒這麼好,即便它們很努力。這可能因為它們在食物短缺前就停止取食,以保留一些細菌可以帶到新的聚落「播種」。

科學家已經知道很多動物會耕作,螞蟻和白蟻種植真菌;雀鯛養殖藻類;潮間帶的一種蝸牛養殖真菌。然而,「富人」變形蟲是第一個被發現會耕作的微生物,雖然不是很精良的系統。舉例來說,養真菌的螞蟻非常照顧它們的作物,它們會施肥,還會除蟲。「這麼多照顧作物的行為的確令人驚嘆,但阿米巴變形蟲無法辦到這點」Brock說到。

哥本哈根大學的環境生物學家Koos Boomsma並不訝異農耕行為分散在生命演化之樹上,「但我要我預期農耕行為會在什麼種類上被發現,我覺得不會想到是黏菌」他如此說到。

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陸子鈞
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Z編|台灣大學昆蟲所畢業,興趣廣泛,自認和貓一樣兼具宅氣和無窮的好奇心。喜歡在早上喝咖啡配RSS,克制不了跟別人分享生物故事的衝動,就連吃飯也會忍不住將桌上的食物作生物分類。


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小鼠研究指「間歇性禁食」可延年益壽——重點不在總熱量,延長用餐間隔才是重點!

台灣科技媒體中心_96
・2021/10/24 ・2679字 ・閱讀時間約 5 分鐘

2021 年 10 月 18 日,國際期刊《自然醫學》(Nature Medicine)公開的一篇研究論文,探討飲食模式和改善生理健康之間的關係。研究將小鼠總共分為五組:(1)自由取食、(2)限制 30% 的熱量攝取,但沒有禁食期、(3)限制 30% 的熱量攝取,半天內給食三次,另外半天禁食、(4)限制 30% 的熱量攝取,每天只給食一次,其他 21 小時禁食、(5)熱量攝取總量不變,但每天禁食 21 小時。

研究運用液相層析質譜儀(Liquid chromatography–mass spectrometry),以及轉錄組分析(Transcriptional profiling)等方法,發現僅「禁食」而沒有減少攝取的總熱量,就足以得到在限制熱量的飲食模式時出現的大部分代謝與核酸轉錄的特徵,以及延長壽命、防止衰弱等健康上的好處。

該研究歸納出以下三大結論:

  1. 過往研究限制熱量攝取的好處時,無法分辨原因是「總卡路里攝取下降」還是「有規律的長時間禁食」。這篇研究協助釐清熱量限制帶來好處的原因,發現單純禁食而並不減少總熱量攝入,就足以達到有助代謝和延緩老化這些健康效果。
  2. 研究是在特定的條件下所觀察到的現象,不同性別及不同品系的小鼠,禁食的效果就不同,無法廣泛推論於不同物種或不同飲食文化的個體。
  3. 禁食很可能是限制卡路里攝取時,可改善健康和長壽所必需的關鍵。如果可以證明適用於人類,未來可能幫助人們在不需要減少卡路里攝取總量的情況下,也能延緩老化、促進健康。
圖/Pixabay

大爆吃再間歇性禁食更健康?仍有待證實

臺大醫學院腦與心智科學研究所教授王培育指出,適當的飲食限制對於促進代謝、預防疾病及延長壽命的益處已是廣為人知。然而在早期用酵母菌、線蟲及果蠅作為實驗對象的研究中,受限於實驗模式,大多是以稀釋食物中的營養成份且自由飲食的方式來觀察飲食限制的好處 [1][2][3]

而在哺乳類中,小鼠或猴子實驗則是以每日一到二次或數日一次的方式,餵食正常食量的 40-80% [4][5],因此,一直以來飲食限制所帶來的好處被認為是降低日常飲食中卡路里的總量所導致。但是這些傳統的觀點在近年來的研究中已是備受挑戰,例如每日限制時間或食物量的餵食或禁食(於幾個小時內自由飲食或吃完定量的食物),也可明顯的達成健康長壽的好處 [6]

所以,重要的究竟是卡路里減量,還是禁食?本篇研究利用特定品系的小鼠,以系統性的方法實驗數種飲食的模式並且分析多種代謝及生理指標。結果顯示適當的禁食,可能是影響健康指標的關鍵,然而這是否意味著大吃大喝但間歇性的禁食是比少量及少餐更好的選擇呢?有待日後有更多的研究證據來說明。

規律禁食/進食,比總熱量攝取更重要

王培育也指出,這份研究僅使用了兩種品系的公、母小鼠進行研究,便可觀察到飲食限制對於不同性別及兩種品系小鼠的生理反應造成許多的差異,顯示本研究是在特定的條件下所觀察到的現象,無法廣泛推論於不同物種或不同飲食文化的個體。

這份研究提供一個重要的概念,適當的禁食可以達成傳統的飲食限制(禁食加上卡路里減量)對身體健康的好處,因此營養均衡、不必在卡路里上斤斤計較,一樣可能擁有健康長壽。

王培育指出,這份研究詳盡的比較了長期限制總熱量攝取與間歇性禁食,對代謝、老化以及壽命的影響,結果也顯示了有規律的間歇性禁食也許就足以帶給我們健康上的各種好處。這告訴我們,吃什麼、吃多少固然重要,何時吃以及飲食是否規律也許更重要。這結果與上月一篇發表在期刊《自然》(Nature)上的果蠅間歇性禁食實驗結果不謀而合 [7]

這份研究提供一個重要的概念,適當的禁食可以達成傳統的飲食限制(禁食加上卡路里減量)對身體健康的好處。圖/Pixabay

「禁食」才是有助代謝的關鍵

國立中興大學食品暨應用生物科技學系特聘教授蔣恩沛指出,過去許多研究都發現「限時進餐」或「限制進餐量」具有代謝益處,並延長小鼠的壽命。然而這些發現並無法釐清,哪些是純粹因為減少熱量攝入引起的好處,而哪些是因實驗要控制卡路里而無形中施加了禁食所致。

本研究在小鼠實驗中發現,限制卡路里的飲食方式,促成葡萄糖代謝、虛弱和壽命的各項改善,其實需透過「禁食」來達成。研究推翻了長期以來認為卡路里限制飲食對哺乳動物有益僅是由於減少總熱量攝取的觀點,並強調當中的「禁食行為」才是有助代謝(例如提升胰島素敏感性)和延緩老化這些保護作用的重要原因。

研究結果揭示了我們何時以及吃多少食物,如何調節代謝健康和壽命,並證明每天延長禁食,而不僅僅是減少熱量攝入,可能是熱量限制飲食對改進代謝和延緩老化的原因。過去已有研究表明,延長兩餐間隔對健康有益,本研究結果與過去研究也有相當的一致性。

蔣恩沛表示,人類老化過程中所伴隨的退化過程和疾病,有許多變因,除了攝食量、飲食方式、種類,還有基因、環境因素,甚至腸道菌相,均可能扮演角色,遠比實驗動物複雜。然而可以確定的是,限制熱量攝取可提供代謝上的益處,並可能減緩衰老、延長壽命。

圖/Pexels

本文編譯自科學期刊文章,完整文章來源:

參考資料:

台灣科技媒體中心_96
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