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我是誰?我在哪?我要幹嘛?那些微生物透過氣味洩漏的小秘密——《我擁群像》

臉譜出版_96
・2020/04/08 ・2734字 ・閱讀時間約 5 分鐘 ・SR值 526 ・七年級

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  • 作者/艾德.楊(Ed Yong);譯者/田菡、楊仕音、劉蓉蓉

如果列出某個微生物群落中的所有物種,就可以知道它們是誰;如果列出這些微生物的所有基因,就可以知道它們有什麼能力1。但如果列出微生物產生的所有化學物質(它們的代謝物),你就可以知道這些物種實際上在做什麼

到目前為止,我們已經看到許多化學物質,例如共生因子多醣 A,以及麥克弗爾-奈發現能調控短尾烏賊的兩種 MAMP(微生物相關分子結構),除此之外,還有成千上萬種科學家們剛開始試著瞭解其功能的分子2

這些物質是動物與共生菌交流的方式,現在有許多科學家都試圖「竊聽」這些對話,不過「竊聽」的人不只他們。微生物製造的分子也可以釋出到宿主體外,飄盪在空氣中,把訊息傳到遠處。如果你到非洲莽原上,或許可以「嗅」到一點蛛絲馬跡。

非洲莽原上的微生物分子

所有非洲的大型掠食動物中,就屬斑點鬣狗 (spotted hyena) 最樂於社交。獅群可能有十幾頭,但一群鬣狗可以多達四十到八十隻。

這就是斑點鬣狗。圖/Wikipedia

牠們不會整群都一直待在同一個地方,而是一天之內多次拆散、重組成小群體。鬣狗群的社交動態,使牠們成為新一代野外生物學家研究的超棒主題。

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「你可以觀察野外的獅子,但牠們只會躺在那裡;你也可以投入好幾年的時間研究狼群,但只會看到牠的糞便或聽到牠的嚎叫聲,」鬣狗迷凱文.賽伊斯 (Kevin Theis) 說,「但是研究鬣狗⋯⋯你會看到打招呼、入團、領導和順從的信號。你可以看到小鬣狗試圖在大家族中找到自己的位置,移入的雄鬣狗試圖觀察家族中有誰,牠們的社交生活非常複雜。」

鬣狗會使用各種不同的信號來應對複雜的社交,其中也包括化學訊息。斑點鬣狗會跨立在長草間,從屁股擠出氣味腺 (scent gland),當腺體擦過草莖,會在上面留下一層薄薄的黏液,顏色從黑到橘都有,質地有稠也有稀,而氣味呢⋯⋯「對我來說,它聞起來像發酵中的腐質土,但有些人覺得比較像切達起司或廉價肥皂。」賽伊斯說。

獅子王中也有斑點鬣狗的蹤跡喔!圖/GIPHY

賽伊斯已經研究鬣狗的黏液多年,但當有個同事問他,「細菌是否也有參與這種黏液的形成呢?」他被問倒了。

接著,他發現早在 70 年代,就有科學家提過類似的想法,認為許多哺乳動物的氣味腺中含有細菌,使裡面的脂肪和蛋白質發酵,產生不太好聞的氣味分子散播在空氣中。

微生物組成的差異是否可以解釋為什麼不同的動物都帶有其獨特的氣味呢?還記得聖地牙哥動物園有爆米花香味的貄貓嗎3

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微生物也能當作身分徽章,透露宿主的健康狀況和其他資訊。當動物們互相玩耍、爭鬥和交配時,也可能分享彼此的微生物,使這群動物擁有牠們獨特的味道。這個假說挺合理的,但當年的人們很難進行驗證,不過幾十年過去,現在賽伊斯掌握新的遺傳檢測工具,這個問題迎刃而解。

他在肯亞從七十三隻被麻醉的鬣狗身上蒐集氣味腺黏液樣本,在定序常駐微生物的 DNA 後看見,新發現的細菌種類竟比之前所有研究所發現的總和還多。他還發現,這些細菌與其產生的化學物質在斑點鬣狗和條紋鬣狗間、不同群的斑點鬣狗間、雄性和雌性之間,以及是否處於發情期的個體之間都有差別4

連是否處於發情期的個體之間都有差別呢!圖/toyengel@Pixabay

也因為這些差異,氣味腺黏液就像用化學物質畫出的塗鴉,可以顯示留言者是誰、什麼物種、年紀多大,以及是否準備交配。鬣狗藉由讓草莖沾上有味道的微生物,在整片莽原上揮灑著自己的印記。

不過,這仍然是個假說。「我們必須能操控和氣味相關的微生物群落,看看氣味特徵是否會因此改變,」賽伊斯說,「然後,我們需要證明,當氣味改變時,鬣狗真的會注意到並做出反應。」

同時,科學家也在其他哺乳動物的氣味腺和尿液中發現類似的情形,包括蜥蜴、狐獴、獾、老鼠和蝙蝠。老狐獴的味道與「青春的芬芳」截然不同;公象的「男人味」也與母象的「女人香」不同。

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這些氣味會不會能傳遞一些訊息呢?

接下來,輪到我們了。人類的腋下與鬣狗的氣味腺沒什麼不同,同樣溫暖潮濕,而且充滿細菌。

每個物種都有自己專屬的氣味,棒狀桿菌會將汗液轉化,發出類似洋蔥的味道,並將睾固酮轉化成香草或尿液的味道,或甚至沒有味道—端看嗅聞者的基因而定。

每個人都有自己獨門的味道。圖/StockSnap@Pixabay

這些氣味能當作有效的信號嗎?當然可以!

腋窩的微生物組成非常穩定,因此連帶使我們腋下的氣味也很固定。每個人都有自己獨門的味道,在一些實驗中,志願者能從 T 恤上的氣味區分衣服的主人,甚至可以分辨出同卵雙胞胎身上不同的氣味。我們或許就像鬣狗一樣,也可以藉由嗅出微生物發出的訊息,來蒐集彼此的資訊。

除了哺乳動物,沙漠飛蝗 (desert locust) 的腸道細菌會產生一些聚集費洛蒙,使原本孤身的昆蟲變得成群結隊,形成一個足以鋪天蓋地的大群集;德國蟑螂的腸道細菌也解釋了為什麼牠們都有聚集在彼此糞便周圍的噁心癖好;巨牧豆樹蟲 (giant mesquite bug) 依賴共生菌製造一種警戒費洛蒙,告知彼此小心危險5

動物為什麼要倚賴微生物製造這些化學信號呢?賽伊斯的理由與羅爾斯、金和哈德菲爾德相同:這是「不可避免的」。

世界各處都能被釋放揮發性化學物質的微生物占據,如果這些化學信號能反映出對某些特徵(比如性別、力量或生育能力)的有用線索,宿主動物就可能演化出能散發氣味的器官來滋養和保護這些微生物,使意外獲得的線索最終變成大鳴大放的公開信號。

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因此,藉由製造出能在空氣中傳播的訊息,微生物可以把影響的範圍擴張到自己宿主以外,去改變其他動物的行為。如果這是對的,微生物可以影響宿主附近動物的群體行為,也就不足為奇了。

註解:

  1. 這是單就理論來說。實際上,我們仍不知道大多數這些基因的功能,但總有一天,知識的落差終究會被補齊。
  2. 微生物代謝物的重要性詳見 Dorrestein et al., 2014, Nicholson et al., 2012, and Sharon et al., 2014。
  3. 獵豹的尿液聞起來也像爆米花。如果你正在非洲莽原行駛,聞到濃郁的奶油爆米花香可要小心了。
  4. Theis et al., 2013.
  5. 氣味腺的研究:Archie and Theis, 2011;Ezenwa and Williams, 2014;同卵雙胞胎氣味研究:Roberts et al.,2005;蝗蟲、蟑螂和巨牧豆樹蟲的研究:Becerra et al., 2015;Dillon et al., 2000;Wada-Katsumata et al., 2015.

——本書摘自《我擁群像:栽進體內的微米宇宙,看生物如何與看不見的微生物互相算計、威脅、合作、保護,塑造大自然的全貌》,2019 年 10 月,臉譜出版

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臉譜出版有著多種樣貌—商業。文學。人文。科普。藝術。生活。希望每個人都能找到他要的書,每本書都能找到讀它的人,讀書可以僅是一種樂趣,甚或一個最尋常的生活習慣。

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人體吸收新突破:SEDDS 的魔力
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2024/05/03 ・1194字 ・閱讀時間約 2 分鐘

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本文由 紐崔萊 委託,泛科學企劃執行。 

營養品的吸收率如何?

藥物和營養補充品,似乎每天都在我們的生活中扮演著越來越重要的角色。但你有沒有想過,這些關鍵分子,可能無法全部被人體吸收?那該怎麼辦呢?答案或許就在於吸收率!讓我們一起來揭開這個謎團吧!

你吃下去的營養品,可以有效地被吸收嗎?圖/envato

當我們吞下一顆膠囊時,這個小小的丸子就開始了一場奇妙的旅程。從口進入消化道,與胃液混合,然後被推送到小腸,最後透過腸道被吸收進入血液。這個過程看似簡單,但其實充滿了挑戰。

首先,我們要面對的挑戰是藥物的溶解度。有些成分很難在水中溶解,這意味著它們在進入人體後可能無法被有效吸收。特別是對於脂溶性成分,它們需要透過油脂的介入才能被吸收,而這個過程相對複雜,吸收率也較低。

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你有聽過「藥物遞送系統」嗎?

為了解決這個問題,科學家們開發了許多藥物遞送系統,其中最引人注目的就是自乳化藥物遞送系統(Self-Emulsifying Drug Delivery Systems,簡稱 SEDDS),也被稱作吸收提升科技。這項科技的核心概念是利用遞送系統中的油脂、界面活性劑和輔助界面活性劑,讓藥物與營養補充品一進到腸道,就形成微細的乳糜微粒,從而提高藥物的吸收率。

自乳化藥物遞送系統,也被稱作吸收提升科技。 圖/envato

還有一點,這些經過 SEDDS 科技處理過的脂溶性藥物,在腸道中形成乳糜微粒之後,會經由腸道的淋巴系統吸收,因此可以繞過肝臟的首渡效應,減少損耗,同時保留了更多的藥物活性。這使得原本難以吸收的藥物,如用於愛滋病或新冠病毒療程的抗反轉錄病毒藥利托那韋(Ritonavir),以及緩解心絞痛的硝苯地平(Nifedipine),能夠更有效地發揮作用。

除了在藥物治療中的應用,SEDDS 科技還廣泛運用於營養補充品領域。許多脂溶性營養素,如維生素 A、D、E、K 和魚油中的 EPA、DHA,都可以通過 SEDDS 科技提高其吸收效率,從而更好地滿足人體的營養需求。

隨著科技的進步,藥品能打破過往的限制,發揮更大的療效,也就相當於有更高的 CP 值。SEDDS 科技的出現,便是增加藥物和營養補充品吸收率的解決方案之一。未來,隨著科學科技的不斷進步,相信會有更多藥物遞送系統 DDS(Drug Delivery System)問世,為人類健康帶來更多的好處。

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找出品酒的「底層邏輯」——我們的身體如何品出酒品的獨特感受?
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2023/10/27 ・1234字 ・閱讀時間約 2 分鐘

本文由 財政部國庫署 委託,泛科學企劃執行。

你注意到了嗎?在品酒時,品酒師不會一口乾,而是充分觀察、品嚐後才會下肚。這些動作可不是單純裝模作樣,而是有科學根據的。品酒有五個基本動作:觀察、搖晃、聞、啜飲與漱口、吞嚥,究竟我們的感官跟大腦是怎麼接收酒的訊號呢?

從最簡單的「嗅覺」開始,酒杯湊近口鼻、進入口腔,我們可以聞到「外部」和「內部」的香氣。外部指的就是用鼻子聞到的香氣,是先穿越鼻孔到達嗅上皮組織,形成我們所熟悉的正鼻嗅覺。而內部呢?那些已經在我們嘴巴裡的酒液,會走鼻咽和後鼻孔這條路,最終到達嗅覺粘膜。即使這口酒已經被喝下去,只要輕輕呼口氣,也依然能「聞」到酒味。

圖/giphy

另外,口鼻之間的通道,也就是鼻咽,在吞嚥的過程中會關閉,所以在吞嚥時會有一種「味道好像弱掉了」的錯覺,但其實只是你暫時無法靠鼻間的任何通道呼吸而已。這也是為什麼品酒師會要把酒液含在嘴巴裡漱口,甚至還會打開嘴巴吸一口氣。

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緊接在嗅覺之後的「味覺」,則是重頭戲!食物進到嘴巴,溶解在唾液中,啟動了味覺受器。人類可以透過味蕾的受器感受到「鹹、酸、苦、甜、鮮」五種味道。不過,也有部分的人不喜歡酒的原因,正是因為味覺。美國賓州大學農學院過去研究發現,人體中的苦味受體來自基因 TAS2R13 和 TAS2R38,辣椒素受體則來自基因 TRPV1。因此不同的基因表現,影響著人們對這兩種味道的感受,也決定了他們的攝取喜好。

圖/giphy

講完了嗅覺和味覺,別忘了品酒前的「觀察」。事實上,人們對風味的知覺基礎,來自多重感官的整合。當我們在觀看一杯酒的色澤和濁度時,大腦已經在默默「品嚐」它了。就像是望梅止渴、看到好吃的大餐肚子就先餓了起來。

除上述提到的「身體」感官,其實喝酒的時段、溫度、聲音、順序也會影響我們「心裡」的感受。但話說回來,在品酒前,最重要的應是選擇安全以及衛生的酒品來源,就是要慎選合法的販售業者,並挑選標示內容清晰、完整的酒品。

財政部自 2003 年起委託專業執行機構共同推動「優質酒類認證」制度,從原料、製程、品管、後續追蹤等層層把關,最後通過優質酒類認證技術委員會審查的酒品,才能被授予使用 W 字型認證標誌。因此,選購有 W 認證標誌的優質酒品,可以讓我們在品飲時更加安心!

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 資料來源:財政部國庫署 廣告

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噗!不小心放屁了好尷尬!怎麼辦?——《有點噁的科學》
時報出版_96
・2023/09/24 ・1400字 ・閱讀時間約 2 分鐘

感官的知覺帶給我們許多體驗

我們對自己身體生理現象感到尷尬,這種感覺的來源就在於感官知覺的運作機制:一套我們大腦與外界之間的中介工具。

最明顯的感官是視覺、觸覺、聽覺、嗅覺和味覺,還有,你也可以感覺到疼痛、冷熱、時間(雖然不太準確)、加速、平穩、血液中的氧氣和二氧化碳濃度以及本體感覺(對於四肢、肌肉的運動和位置的感受)。你能不盯著腳步爬樓梯嗎?那就是本體感覺。

我們得感官帶給我們感覺。圖/pexels

這些感官訊息全都被送到大腦:一個沉默的、謎樣器官,質感和斯帕姆午餐肉一樣。你永遠看不到它,它也永遠看不到你周圍的世界,但它會分析所有這些輸入的訊息,並且創造你對自我、愛戀、快樂、痛苦、羞恥、信任、恐懼、懷疑等完整感覺。

尷尬的感覺是從何而來

在公共場合聽到自己放屁會覺得不好意思?

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在公共場合聽到自己放屁會覺得不好意思?圖/giphy

這種感覺是由大腦的前扣帶迴膝皮層產生的。我們尚不了解其中的機制,但大多數心理學家都認為,羞恥感可能是為了維持社會秩序演化而來的,呈現羞恥的經典反應如臉紅、摸臉、視線向下和強制微笑,這些反應讓我們向其他人傳達訊息,表示自己明白破壞了社會常規且感到自責,因為有這樣的溝通功能進而又加強那些反應。

研究指出,表現出尷尬的人比較容易被喜歡、原諒和信任。這一定是幫助我們這種社群生物進化的有用工具,但我擔心它也會讓我們當個乖乖牌,阻礙個人獨特性發展。

感官小學堂

每個人感知世界的方式都不盡相同。聯覺(synaesthesia)是一種不尋常的感官知覺,它使一些人能夠將音樂、字母或星期幾視為顏色。其他有聯覺的人可能會將某些景象與氣味連結起來或者使某些詞語和味道產生聯繫。有一項研究發現,約 4.4% 的人能體驗聯覺。

更令人著迷的是其他動物擁有的感官,那些我們只能夢想的感知方式。狗能藉著磁感應來感測地球磁場,而且排便時往往習慣將自己的身體沿南北向磁力線對齊,牛也一樣。有些蛇有紅外線視覺,一些蜜蜂、鳥類和魚類的視力超出我們的可見光譜,能夠仔仔細細看到紫外線波頻,這意味著牠們實際上正在體驗我們幾乎無法想像的顏色。像嗑了藥一樣迷幻。

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註解

  • 我們確實知道大腦中不斷有微小的電子訊號滋滋作響,這些訊號透過八百六十億個稱為神經元的神經細胞與一百兆個突觸(神經元之間的連結──每個神經元透過它們與多達一萬個其他神經元相連)、八千五百萬個非神經元神經膠質細胞來進行發送、儲存和分析。大腦每天消耗四百卡路里的熱量(占總能量消耗的20%),有趣的是,無論是全神貫注寫一本科普書籍,還是靜靜凝視燭火發呆空想,這個耗能數值都保持不變。

——本文摘自《有點噁的科學:尷尬又失控的生理現象》,2023 年 8 月,時報出版,未經同意請勿轉載。

時報出版_96
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出版品包括文學、人文社科、商業、生活、科普、漫畫、趨勢、心理勵志等,活躍於書市中,累積出版品五千多種,獲得國內外專家讀者、各種獎項的肯定,打造出無數的暢銷傳奇及和重量級作者,在台灣引爆一波波的閱讀議題及風潮。