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左右兩難的椎實螺

YTLai_96
・2012/07/05 ・2115字 ・閱讀時間約 4 分鐘 ・SR值 490 ・五年級
椎實螺的生活也是很辛苦的...

想像你是一隻水中的椎實螺,背著你的殼在水底慢慢的爬行。閒來無事的時候用齒舌啃啃身旁的水草青苔或有機碎屑,生活過得似乎愜意無比。反正只要有事,縮頭躲到殼裡避避風頭,好像也沒什麼大不了了…

才怪。

的確,精緻迴旋的螺殼看起來是個挺不錯的演化成就,不但是量身打造、堅固耐用、還具有相當程度的自我修補能力,而且可以隨身攜帶就像折凳一樣隨手可得。但是你有張良計我有過牆梯,以螺為食的捕食者當然也不是省油的燈,這移動緩慢又老是在螺殼裡龜縮不出的傢伙,其實在捕食者嘴邊不過只是有包裝的肥肉一塊,多費一些心神,要想吃到嘴裡或許不難。

以體型較大、孔武有力的魚類捕食者來說,通常採取直接與螺殼強度正面對決的路線,以粗暴直接的方式連螺帶殼整個咬碎,然後囫圇吞棗連肉帶殼全部吞下,頂多吐出幾片不順口的破片意思意思。若是以我們餐桌上大啖螃蟹來比喻,這種吃法就像是拿起蟹腳就放進嘴裡大嚼,把螃蟹殼和螃蟹肉都在嘴裡咬爛,然後吱吱不絕地在嘴裡翻攪吸吮,勉強將蟹肉跟蟹殼不乾不淨地分離之後吞下肚。大片的蟹殼或許吐回了餐桌上,但是為數不少的小片蟹殼一定也跟著蟹肉進了肚子裡。但對於體型相近的其他捕食者如蛭類而言,正面對決顯然不是個可行的方法,以技巧耐性取勝才是上策。於是,這些體型相近的捕食者從螺的殼口處進攻,遇到關門禦敵的有口蓋螺就見縫插針,遇到螺殼大後方的無口蓋椎實螺則是其退我進,緩慢進攻直到對方退無可退,然後在苦主的屋子裡慢慢享用屋主的「親自招待」。

於是,身為手無寸鐵的椎實螺,除了被動消極的等待捕食者來犯之外,當然還是得要主動積極的迴避風險。即使爬行的速度緩慢,還是有一些趨吉避凶的行為策略可以應用。好比說,當魚類捕食者虎視眈眈的時候就盡量躲到狹窄的石縫裡,依賴視覺獵食的魚類捕食者看不見自己那就安全了不少,更何況敵大我小,就算被看到了狹小空間裡也僅有立「椎」之處,進不來的魚類捕食者也只能眼巴巴地望著觸不到的食物乾瞪眼。

不過很不幸的,人無遠慮必有近憂,池子裡的椎實螺也是一樣。當椎實螺躲進了小縫中,的確是逃離了魚類捕食者的魔掌,卻也大大增加了被蛭類捕食者攻擊的風險。原因無他,慢吞吞的捕食性蛭類移動緩慢也視力不佳,所以採取的是守株待兔的伏擊路線,埋伏在獵物常出現的石縫裡。一旦獵物靠近身邊,藉著偵測獵物氣味以及出其不意,蛭類捕食者就能夠把獵物「口」到擒來。雖然蛭類捕食者的相對體型跟椎實螺差不多,動作也頗為緩慢,捕食椎實螺也不若魚類捕食者張嘴大啖般的高效率,但是陰惻惻的不聲不響埋伏在暗處,實在也是讓人螺心神不寧。天地無情,當兩類捕食者同時存在的時候,身為獵物的椎實螺又該如何是好?

狼吞虎嚥的魚類捕食者黑鯽Carassius Carassius
陰魂不散的蛭類捕食者扁白舌蛭Glossiphonia complanata

瑞典的科學家就做了這麼一個實驗。在他們的實驗裡,實驗組的椎實螺Radix balthica分別是跟黑鯽Carassius carassius或扁白舌蛭Glossiphonia complanata飼養在同一個水族缸中。他們發現,黑鯽帶來的捕食壓力可是撲天蓋地的沈重,在兩小時的觀察時段裡,水族缸中的十五隻椎實螺就有近40%被黑鯽吃掉;反觀扁白舌蛭造成的捕食壓力就相當輕微,平均而言每天水族缸中的十五隻椎實螺只有0.4隻的可憐螺被舌蛭捕食。另外,面對這兩種捕食者,椎實螺也展現了不同的策略,在沒有捕食者存在的控制組裡,有25%的椎實螺會躲在缸底的瓦片下,但是與黑鯽同住的椎實螺則有40%會躲在瓦片下避難,反觀與扁白舌蛭比鄰的椎實螺,由於捕食者可能埋伏瓦片下的風險頗高,於是只有15%左右的椎實螺硬著頭皮也要待在瓦片下。

接著,為了瞭解椎實螺同時感受到兩種捕食者存在之後的應對策略,他們在進一步的實驗中將黑鯽的氣味加入與扁白舌蛭共存的椎實螺缸中,另外也將扁白舌蛭的氣味引入與黑鯽共存的椎實螺缸裡。當扁白舌蛭比鄰,水中又有黑鯽氣味的時候,椎實螺被扁白舌蛭捕食的比率並沒有太大的差別。但是,當扁白舌蛭的氣味引入與黑鯽共存的椎實螺缸裡後,被黑鯽吃掉的椎實螺卻上升到將近80%的驚人比例!從椎實螺待在瓦片下的行為策略觀察結果可以發現,原來是因為當扁白舌蛭的氣味引入與黑鯽共存的椎實螺缸中之後,原本有40%在瓦片下躲避黑鯽捕食的椎實螺便紛紛爬了出來,只留下15%上下的椎實螺依然躲在瓦片下,而既然椎實螺離開了瓦片,當然就更容易成了黑鯽的肚裡冤魂。

看來,對椎實螺而言,即使扁白舌蛭造成的傷亡遠小於黑鯽,但是因為扁白舌蛭老是在瓦片下陰魂不散地埋伏著,也許反而是個更大的顧忌。於是只要有一絲扁白舌蛭存在的可能,即使只是水中有扁白舌蛭氣味這樣的杯弓蛇影,即便瓦片外頭的黑鯽帶來的捕食壓力遠超過扁白舌蛭的威脅,多數的椎實螺還是寧可咬著牙待在瓦片外,也不願意領教瓦片裡的風聲鶴唳草木皆兵。

終究,在小小的一漥池裡,看似寧靜無波卻是處處殺機,單薄的椎實螺即使拱著一身殼也是常無用武之地,難怪總是要爬出水面喘口氣避風頭,雖然也不一定有用就是了。

參考文獻:Fleeing towards death–leech induced behavioural defences increase freshwater snail susceptibility to predatory fish

 

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YTLai_96
47 篇文章 ・ 16 位粉絲
也許永遠無法自稱學者,但總是一直努力學著


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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》