0

0
0

文字

分享

0
0
0

你聽說過「紅皇后理論」嗎?|科學與戀與製作人 x 許墨

PanSci_96
・2019/11/15 ・2079字 ・閱讀時間約 4 分鐘 ・SR值 500 ・六年級

愛與夢想都該棋逢對手,在這之中又怎麼能少了科學呢?而說到科學和《戀與製作人》間的交集,不論你是不是許太太,腦中都很難不浮現那溫柔的花式撩、卻又各種讓人看不透的科學家許墨。

雖然有點不知道要怎麼吐槽他才 26 歲就當上大學教授、說是天才科學家但看起來又好像總不是在忙著做實驗寫 paper,身為腦科學家卻又嫌睡覺浪費時間(睡眠超級爆炸重要好不好!)的生活。

但他明明熟知這世界的運行,卻獨對你無盡寵溺又滿是耐心,凡事似皆以你為中心,卻又氤氳著神秘的氣息;這近一點太粘膩遠一點又太疏遠的醍醐味,真的是讓人貪得無厭的想要許教授你的全部啊啊啊啊啊(然後就錢包爆炸了)。

想更了解許墨?先從紅皇后理論開始吧!

11 月 15 日不只是克卜勒隕落逝世的日子,也是只有你知道(眨眼)的許墨的生日。為了祝他生日快樂,就讓我們來聊聊你(主角)在第一章就會碰到,也是故事中相當關鍵的概念「紅皇后理論」吧!

現在,你瞧,你必須用盡全力不停跑,才會留在原地。──《愛麗絲鏡中奇遇》紅皇后對愛麗絲

Now, here, you see, it takes all the running you can do, to keep in the same place.

–the Red Queen made to Alice in Lewis Carroll’s Through the Looking-Glass

在你與許墨這段故事當中,你們很有意思地討論起了相不相信超能力、以及什麼是科學態度(無誤)等話題,於是許墨就問你知不知道「紅皇后假說理論」,並且說了「在這個國度中,必須不停地奔跑,才能使你保持在原地。」這句話。雖然我們還無法參透許大教授說這句話背後的真正深意,但關於什麼是「紅皇后理論」,我們倒是可以在這裡來說個分明。

許墨曾對你說起紅皇后假說。圖/遊戲《戀與製作人》截圖

演化之路上,不斷奔跑才能停在原地

熟悉警匪片或偵探片的夥伴們應該都很熟悉「道高一尺,魔高一丈」的大原則:指紋辨識出現,小偷們就學會了擦乾淨指紋或戴手套作案;有了臉孔辨識系統自然也會有反臉孔辨識化妝法;當人們戴上口罩或防毒面具,自然出現了反蒙面法。

簡而言之,紅皇后的說法看似瘋瘋癲癲,在物理世界中毫無邏輯(除非你生活在一個無限長的手扶梯上並試圖「停留在原地」),但是在現實生活中卻非常有道理:如果想要維持競爭中的特定優勢,就不能停留在固有的技術、方法上,必須要持續的進步。因為競爭對手是不會放過你的。

在演化生物學中,「紅皇后理論」是由古生物學家范華倫 (Leigh van Valen) 提出來的,主張生物受到最大的生存壓力來自於其他的生物,尤其是寄生、掠食或是競爭關係。而源自於此演化壓力會驅使生物不停的變化──可能不是很容易觀察的生理、形態上的改變,但依然是極有壓力的驅力。

只要關係一端的生物產生變化,另一端就算只是要維持原先的生存優勢,也就必須要隨之改變。當瞪羚跑得更快跳得更高,獵豹為了要吃飽也只好跑得更快──因此雖然在表面上的捕食/被捕食效率是一樣的,但實際上雙方為了「留在原地」都已經經過了一番「進化」,范華倫發表時的立論主軸就是「演化的軍備競賽」。

在范華倫的理論中,生物一直在進行「演化的軍備競賽」。圖/By Demetrius John Kessy @flickr

後續這個紅皇后理論也被用以解釋我們生活中看似理所當然,但實際上(在演化生物學家眼中)麻煩得很需要解釋的「有性生殖」。其中一個因素在於同種生物間利用的是相同的資源,也是需要競爭滴~因此由紅皇后理論的角度,能夠增加多樣性(良莠不齊)的有性生殖比起無性生殖,更容易出現變化而在「演化的軍備競賽」中占上風。

即使表面平靜無波,也可能歷經龍爭虎鬥

還記得嗎,劇情往下走,許墨說了「人類離開競爭幾千年,已經忘了這個世界有多麼殘酷了」;但其實現實生活中的人類,就算沒有 Evol(超能力)其實也在面臨各式各樣的競爭。「紅皇后理論」最常用於勵志 (?) 的場合:無論是永無止盡的作業系統版本更新、國家間的武力軍備競賽、社群媒體演算法更新。只要有競爭,就算表面上看起來平衡並未改變,在水面之下也可能早已經歷了一番龍爭虎鬥。

許墨說「感情會將人誘導入陷阱,現在,你還來得及逃走。」(但《戀與製作人》之於錢包就沒有那麼幸運了,根本就像經過黑洞的光一樣哪裡逃得走)。

你,還來得及逃走……嗎?圖/遊戲《戀與製作人》官網宣傳照

回想你們的相遇至今,在外人眼裡看起來或許沒什麼不同,但你亦是用盡了全力奔跑才停在了原地。雖然個人尺度不太適用於演化理論,但面對愛情這場龍爭虎鬥,或許也需要不斷的「進化」,得有過競爭、有過犧牲,被愛篩選過程,然後適者才能生存吧(請 DJ 來一首蔡健雅的《達爾文》謝謝)。那無論如何都想贏、一直「想在你的世界中稱王」的李澤言呢?或許,就等到他生日的時候我們再聊囉!

文章難易度
PanSci_96
954 篇文章 ・ 234 位粉絲
PanSci的編輯部帳號,會發自產內容跟各種消息喔。


0

0
0

文字

分享

0
0
0

江山代有 B 肝出,各領風騷數千年—— B 型肝炎病毒的萬年演化史

寒波_96
・2021/10/22 ・4398字 ・閱讀時間約 9 分鐘

B 型肝炎是台灣很熟悉的傳染病,主要藉由血液、體液的交流傳染。它的歷史非常久遠,在世界各地普遍存在。新發表的論文報告:超過一萬年的人類遺骸中,已經能見到 B 型肝炎病毒(Hepatitis B virus,簡稱 HBV);各款遺傳品系萬年來起了又落,可謂各領風騷數千年。

古代 DNA 的研究,技術已經進步到可以由遺骸或環境樣本,定序裡頭所有的 DNA 片段。例如取自人類牙齒的樣本,定序不只能獲得人類的 DNA,也可能捕獲當事人生前口腔中的微生物。所以同一份樣本被定序後,可以進行不同目的之探索。

論文的 B 型肝炎病毒取樣地點、年代。A 為歐亞大陸的古代樣本,B 為美洲的古代樣本,C 為現代各地流行的基因型分布狀況。圖/參考資料 1

和人類一起移民美洲,獨立發展的 B 肝病毒

B 肝病毒以 DNA 為遺傳物質,被感染的人去世後,病毒的 DNA 可能保留在死人骨頭、牙齒中,因此有機會被偵測到。新問世的論文搜尋資料庫,在世界各地 137 個古代樣本中,偵測到 B 肝病毒的存在。

這批古代 B 肝病毒,年代介於距今 400 到 10500 年前,絕大部份位於歐亞大陸西部和美洲。將各款病毒擺在一起畫演化樹,美洲的古代病毒自成一群,和歐亞大陸的同類平行發展。

一直到數百年前歐洲人殖民以前,美洲的 B 肝病毒都自成一群,最古老的樣本距今約 9000 年,位於安地斯高地的 Cuncaicha 岩蔭遺址(CUN002)。

如今的 B 肝病毒被分為 10 種基因型,稱為 A 到 J 型。美洲流行的 H 型、F 型(genotype H、genotype F),便是這群病毒流傳至今的後裔。

現代、古代的 B 型肝炎病毒擺在一塊,畫出的演化樹。這兒估計的分家年代,相對比較晚。圖/參考資料 1

B 肝病毒的主要宿主是人類,大部分傳播會跟著人走。(北極區以外)美洲原住民的祖先從亞洲移民到美洲後,長期獨立發展,和其他地區缺乏交流。而美洲居民的 B 肝病毒也獨立演化超過一萬年,和人類遷徙、分家的狀況一致。

B 肝病毒在哪兒起源,有多資深?

美洲和歐亞大陸的 B 肝病毒,在什麼時候分家?論文對此不敢給出肯定的答案,也許是一萬多年前,也可能較接近兩萬年前。不過再怎麼說,都比智人祖先離開非洲的年代,要更晚許久。

過去有學者認為,B 肝病毒的歷史能追溯到數萬年前,智人離開非洲的時候。一大證據來自澳洲原住民感染的 C4 亞型(subgenotype C4),和同類分家 5 萬年之久。

但是這回估計 C4 資歷應該不超過 4500 年,遠遠比人類移民抵達澳洲的年代更遲。由此推論,C4 很可能是後來才抵達澳洲的。

根據現有資訊推敲,B 肝病毒的共同祖先頂多處於 2 萬年前。但是更早以前是否已經存在,卻在歷史洪流中失傳呢?目前無法判斷,需要更多樣本才能釐清。

傳染病同類的不同品系間競爭激烈,若是新秀徹底取代老將並不意外。B 肝病毒在歐洲一萬年來的發展史,便是鮮明的興替實例。

歐亞大陸西部不同年代,B 肝病毒的品系存在感,以及其演化關係。圖/參考資料 1

歐亞大陸西部,延續四千年的上古霸權

137 個樣本,大部分位於歐亞大陸西部,可以看出比較詳細的端倪。簡單說:江山代有病毒出,各領風騷數千年。

距今 9000 到 11000 年前,歐洲一帶有 2 款遺傳品系;隨後的 7500 到 9000 年前,其中一款完全消失(Mesolithic 1,下圖左紅色),只剩另外一款(Mesolithic 2,下圖紫色),最早出現在高加索北部,接著在歐洲各處,缺乏農業,不定居的採集狩獵族群中廣傳。

距今 7500 到 11000 年前之間,歐亞大陸西部的 B 肝病毒型號分佈。圖/參考資料 1

接下來四千年,也就是距今 3500 到 7500 年前,歐洲和中東幾乎完全被另一群病毒佔領(WENBA,下圖綠色)。論文推測此一品系,是在距今 8000 年過後的歐洲新石器時代,隨著中東農夫移民潮進入歐洲,廣傳各地。

歐洲最初的農夫移民源於安那托利亞(現在屬於土耳其),可是約一萬年前,唯一的安那托利亞樣本卻不屬於這款(上圖左淡紅色),不是 WENBA 品系的直系祖先。

可想而知,目前取樣很有限之下,無法精準判斷各品系起源的位置與年代。每個時期可能都有多款品系共存,我們只能見到,當時存在感比較高的少數代表。

距今 3000 到 7500 年前之間,歐亞大陸西部的 B 肝病毒型號分佈。圖/參考資料 1

距今約 5000 年前,青銅時代開始之際,歐洲又有大量移民湧入,能追溯到其東方的草原地區。但是人類族群的 DNA 組成明顯改變之際,B 肝病毒卻沒有變化。或許這時歐洲、草原流行的品系是同一款,你傳我,我傳你,還是看不出差別?

反正歐亞大陸西部在這四千年間,各地的人們不管生活方式、文化差異多大,大家都共享同一款 B 肝病毒!

B肝病毒的興替:霸權崩潰與轉移

盛極四千年的 WENBA 戰隊,距今 3300 年前過後卻幾乎消失。取而代之的是至今仍然存在的 A 型品系(Genotype A,上圖右紅色、下圖左紅色),已知樣本中距今 3500 到 5000 年前分佈於中東、高加索、歐洲東緣;隨後又前進歐洲,到 1500 年前還很有存在感。

接下來興起的是 D 型品系(Genotype D,下圖藍色),與 A 型共存一段時間後,從 1500 年前起成為歐亞大陸西部的新興霸權,從此一直延續到現代。

現代到距今 3000 年前之間,歐亞大陸西部的 B 肝病毒型號分佈。圖/參考資料 1

江山代有 B 肝出,WENBA 戰隊為什麼會徹底退出江湖呢?論文推測,多半和距今 3000 多年前的氣候、政治等劇變有關。

青銅時代晚期,地中海東部、中東一帶發生大規模的崩潰潮,周圍的歐洲、埃及動蕩不安(知名的特洛伊戰爭就發生在那個時期),數個重要的政權、勢力瓦解,社會秩序崩解。希臘的邁錫尼文明,黎凡特地區的烏加里特等城邦,安那托利亞的西臺帝國都不復存在。

在人類的經濟、政治強權崩潰,人群大洗牌的同時,B 肝病毒似乎也跟著霸權轉移。

青銅時代晚期的動盪局勢。圖/取自 wiki

上古霸權仍有後裔!卻是半殘的?

然而,在古代樣本沒有取樣到的地方,WENBA 戰隊仍有後裔持續傳承,衍生出 G 型品系(Genotype G)。如今它的存在感薄弱,遺傳多樣性很低,三千餘年來應該是悄悄地活著。

奇妙的是,G 型其實不算是健全的病毒,由於突變之故,它的核心蛋白(core protein)功能受到影響,而且無法生產「B 型肝炎 E 抗原(HBeAg)」,嚴重降低它的複製和感染能力。

曾經縱橫四千年的霸權,現存唯一後裔竟然是半殘的。但是 G 型也有其厲害之處:善於和其他病毒共生。現代的 G 型感染者,多數也同時是愛滋病患。而且 G 型品系的搭便車能力,很可能不是最近出現。

進一步考察非常驚人地發現,與其類似的突變缺失,其實古代樣本中相當常見:距今 3500 到 7000 年前,總共有 14 款略有差異的 B 肝病毒具有這些缺陷。

已知歐亞大陸西部的 83 位古代 B 肝宿主中,高達 22 人同時感染有缺失的病毒,以及健全的另一款品系(包括目前主流之一的 A 型)。半殘的 G 型品系似乎就靠著搭便車,一路前進到現在。

B 肝病毒的蛋白質組成。HBeAg 是關鍵成分,但是 G 型品系無法生產。圖/取自 wiki

B型肝炎的歷史,也是全人類的歷史

感染 B 肝病毒多半不會致命,長期帶原卻會影響健康,有時候後果非常嚴重,因此被列為公衛計畫的打擊目標。台灣成功根除 B 肝病毒,是偉大的公衛成就,每一位居民都因此受益。

上萬年來普遍與人共生的 B 肝病毒,其歷史也是人類的一部分歷史。至今古代 B 肝病毒的研究,取樣幾乎都來自美洲和歐亞大陸西部,其餘地區如東亞、東南亞、非洲的樣本極少。B 肝病毒在這些地方如何演化,也令人好奇。

延伸閱讀

參考資料

  1. Kocher, A., Papac, L., Barquera, R., Key, F. M., Spyrou, M. A., Hübler, R., … & Moiseyev, V. (2021). Ten millennia of hepatitis B virus evolution. Science, 374(6564), 182-188.
  2. Study traces the evolution of the hepatitis B virus from prehistory to the present

本文亦刊載於作者部落格《盲眼的尼安德塔石匠》暨其 facebook 同名專頁

寒波_96
1 篇文章 ・ 3 位粉絲
生命科學碩士、文學與電影愛好者、戳樂黨員,主要興趣為演化,希望把好東西介紹給大家。部落格《盲眼的尼安德塔石器匠》、同名粉絲團《盲眼的尼安德塔石器匠》。
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