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為了要維持體溫恆定,你得要付出多少代價?──《生命的躍升》

貓頭鷹出版社_96
・2012/07/17 ・4614字 ・閱讀時間約 9 分鐘 ・SR值 511 ・六年級

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有一首美國童謠歌詞是這樣說的:「你是一個火車駕駛,時光從旁快速飛逝。」很多人可能還記得一些兒時情景,你或許曾坐在爸爸的汽車後座,感覺時光一分一秒過去,緩慢到讓人麻木,好像永遠到不了終點,於是你不停地問:「爸!我們到了沒呀?」又或許很多讀者也還記得,曾沮喪地看著自己的祖父母或是父母漸漸年邁,舉止緩慢像蝸牛,到最後甚至可以坐在那裡不動,數小時對他們宛如只是數分鐘般。這兩種極端都是我們生活中會經驗到的節奏,或可稱為人生的行板。

你不需要是愛因斯坦,就知道時間是相對的。不過愛因斯坦所建立關於時間與空間的嚴格定律,如果用在生物學上恐怕更讓人印象深刻。像英國名人佛洛伊德爵士曾經說過:「如果你下定決心要戒菸、戒酒跟戒女人,你並不會真的活比較久,只不過是感覺活比較久。」但是關於兒童時期時光飛逝,與老年時期時間蝸步化,則確實是有意義的。這跟我們的內在設定有關,也就是說跟我們的新陳代謝速率、心跳速率與我們細胞燃燒食物的速率有關。

就算在成人之間,活躍的與懶散的人差異也甚大。大部分的人都會慢慢改變新陳代謝速率。我們的行動漸漸趨緩,身體漸漸變胖這些現象,完全取決於新陳代謝速率,而每個人的速率都不同。兩個人就算吃一樣的東西,運動量也一樣,但是在休息的時候所燃燒的卡路里量還是不會相同。

不過恐怕沒有任何差異,比溫血動物跟冷血動物兩者新陳代謝速率的差異還要大了。雖然我用的這幾個詞彙,常讓生物學家敬而遠之,不過它們對普羅大眾來說卻十分生動清晰,一點也不比那些拗口的專業術語像是「恆溫性」還是「變溫性」來得含糊。這實在是一件令人十分好奇的事情:我注意到關於生物上的種種特徵,我們很少有如同對身為溫血動物如此感到自豪的了。比如說,在報章雜誌或是在網路上,常常可見各種針鋒相對的爭論,關於恐龍究竟是溫血動物還是冷血動物,其激烈的程度根本無法用理性去解釋。

或許,對某些人來說,這有其根本上的差異,關乎到我們身而為人的尊嚴,關乎到我們單純只是巨大蜥蜴的獵物?還是在對抗一種聰明狡猾移動迅速的怪獸,以至於讓我們每天必須提心吊膽絞盡腦汁才能存活?看起來,我們哺乳類對於過往那段悲慘歲月仍心懷怨恨,那時我們還只是毛茸茸的小動物,必須為躲避當時的頭號掠食者而被迫禁錮於地底。但無論如何那也是一億兩千萬年前的事了,不論從哪個角度來看都算是久遠的時光。

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所謂溫血動物講的就是新陳代謝速率以及生命步調。溫血本身就好處多多,所有的化學反應,溫度愈高就進行得愈快,鞏固生命的生化反應自然也不例外。光是在一小段對生物有意義的溫度區間裡,比如說從攝氏零度到四十度,生化反應在動物體內的表現就有天壤之別。在這段區間裡,溫度每升高十度,氧氣的消耗量就多兩倍,反映出來的就是更多的耐力與力量。所以一隻動物體溫若是攝氏三十七度,就比攝氏二十七度要有力兩倍,就比攝氏十七度要有力四倍。

不過在很大的程度上,溫度本身並沒有太大的意義。所謂溫血動物並不必然比冷血動物要更熱,因為大部分的爬蟲類都自有一套吸收太陽能的辦法,可以把牠們的核心溫度加溫到跟哺乳類與鳥類一樣高。當然爬蟲類無法在晚上還維持這樣的高溫,但是哺乳類跟鳥類到了晚上一樣要休息。雖然牠們也大可在夜間降低自己的核心溫度來節省能量,不過哺乳類與鳥類卻很少這樣做,而就算有也降得不多(蜂鳥倒是經常呈現昏迷狀態以節省能量)。在這個節能減碳的年代裡,哺乳類的行為恐怕會讓環保主義者氣得跳腳:我們的恆溫器被卡在攝氏三十七度,不管需要還是不需要,一天二十四小時,一年三百六十五天,天天如此。關於替代能源也別想了,我們無論如何不可能像蜥蜴一樣利用太陽能,我們永遠只能利用內在的煤炭火力發電廠,來生產大量的熱能,這讓我們也因此留下大量的碳足跡。哺乳類天生就是環保不良分子。

或許你會認為,哺乳類到了晚上仍然火力全開,是為了要讓牠們一大早就頭腦清醒取得先機,不過蜥蜴要把體溫升高到可以活動的程度也花不了多少時間。舉例來說,美洲的無耳蜥蜴在頭頂有一個血竇,透過它可以很快地加溫全身的血液。每天早晨無耳蜥蜴會把頭伸出洞穴外曬太陽,同時張大眼睛保持警戒,看看有無掠食者,一有危險牠們就會迅速縮回洞裡。通常大概只消半個小時的時間,就加熱到可以出外探險的程度了,這樣開始一天的工作倒不失為一個愜意的方式。依照慣例,天擇不會只滿足於一種功能。有一些蜥蜴頭頂的血竇跟眼皮有連結,一旦被掠食者抓到,牠們會激動地把血液射向掠食者,比如說像狗之類的動物,而這味道對掠食者來說,並不好受。

維持體溫的另一種方式就是體型。你不需要是一名偉大的白人獵人,也可以想像出,兩隻動物皮毛伸展開來鋪在地上所蓋住的面積大小。假設其中一隻蓋住的長跟寬都是另一隻的兩倍,這樣一來比較大的那隻動物蓋住的面積,就會是比較小那一隻的四倍(2×2=4),不過牠的體重會是八倍,因為牠的深度一樣會比小的那隻大兩倍(2×2×2=8)。如此,長寬高各增為兩倍的話,表面積對重量比就是一半(4÷8=0.5)。

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又假設每一公斤的體重都會產生相等的熱量,大型動物會因為比較重,所以產生較多的內在熱量。同時牠們能量損失也會比較慢,因為牠們的表面積相對較小(相對於產生的內在熱量而言)。所以,動物愈大,體溫愈高。這種趨勢到了一定的程度,本來是冷血動物也會變得跟溫血動物一樣。好比說像短吻鱷,嚴格地來說算是冷血動物,但是牠可以維持接近溫血動物的體溫很久很久。晚上就算牠只產生很少的內在熱量,但過一夜之後核心溫度也不過下降個幾度而已。

很多恐龍都可以輕易地超過這個體型臨界值,讓牠們幾乎跟溫血動物毫無二致;特別是在那段遠古的美好時期,氣候溫暖舒適,整個地球上的生物都過得十分享受。那段時期沒有冰河,大氣中二氧化碳的濃度更是今日的十倍左右。換句話說,根據幾個簡單的物理原理我們可以知道,不管恐龍的代謝狀態為何,牠們都可能是溫血的。就算對巨大的草食恐龍來說,如何散熱恐怕也比如何產熱要來得麻煩。牠們有些具有奇特的解剖構造,比如說像劍龍的巨大背板,或許次要功能就是用來散熱,跟今日大象的耳朵差不多。

如果事情就這麼簡單,那麼恐龍到底是不是溫血動物就沒有什麼好爭議的了。根據上面那狹義的定義,恐龍當然是溫血動物,或者至少有很多恐龍是。對於那些喜歡賣弄術語咬文嚼字的人來說,這叫做「慣性內溫性」。恐龍不只可以持續維持體內的高溫,牠們甚至跟現代哺乳類一樣,可以靠燃燒碳來產生內在熱量。所以,到底是根據哪種廣義的定義,認為恐龍不是溫血動物?關於這點嘛,或許有一些恐龍仍然符合廣義的定義,我晚一點會解釋。但是若真想了解哺乳類跟鳥類溫血的獨特性,就必須反轉剛剛那個趨勢,我們要回頭去看看小型動物,看看那些低於「溫血臨界值」的小動物是怎麼一回事。

想想看蜥蜴吧。根據定義,蜥蜴是冷血動物,也就是說蜥蜴在晚上無法維持體內溫度。鱷魚之類的動物或許還可以,但是體積愈小的動物就愈不可能維持。其他像是毛髮或是羽毛之類的保暖裝備,充其量只能保護到一定的程度,而有時候甚至會阻礙動物從環境裡吸收熱能。如果你幫蜥蜴穿一件毛大衣的話(不消說,嚴謹的科學家早就試過了),蜥蜴只會愈來愈冷,因為牠既無法順利地從太陽吸收熱量,體內也無法產生足夠的熱量來補償。這種現象跟哺乳類或是鳥類非常不同,而這正是我們符合真正溫血動物定義的原因。

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哺乳類跟鳥類比起相同體積的蜥蜴來說,可以產生十到十五倍之多的內在熱量。不管外在環境如何,牠們都會持續產熱。如果你把蜥蜴跟哺乳類動物放在一個令人窒息的炎熱環境中,哺乳類動物仍然會一直產生十倍於蜥蜴的能量,甚至到有害的程度牠都不管。因此到後來哺乳類會需要走出去透透氣:牠會需要喝水、要泡水,牠會氣喘吁吁,牠會要找塊陰影乘涼、要搧風、喝點雞尾酒,或是打開冷氣。而蜥蜴呢?牠只會很舒服地待在那裡。無怪乎蜥蜴,或者大部分的爬蟲類,都可以在沙漠裡混得很好。

反過來說,如果把兩者放在冷的環境裡,像是冷到結冰的地方,蜥蜴此時會把自己埋到樹葉堆裡捲起來睡覺。老實說,很多小型哺乳類也會幹一樣的事情,不過這並不是我們預設的程式。我們預設的程式剛好相反,它會要我們燃燒更多食物。哺乳類在寒冷氣候中生存時,要花上比蜥蜴多一百倍的代價。就算是在溫帶好了,好比說攝氏二十度的環境,大約是歐洲宜人的春天氣溫,兩者差異也有天壤之別,大約是三十倍。要維持哺乳類驚人的新陳代謝速率,牠們必須燒掉比爬蟲類多三十倍的食物。這可不是只有一次,牠們每一天都要吃掉爬蟲類一個月分量的食物。既然天下沒有白吃的午餐,這樣的消耗量真的是非常龐大。

所以現在的情況是,要做一隻哺乳類或是鳥類所要付出的代價,比做一隻蜥蜴要多了大約至少十倍,而且經常遠高於此。如此昂貴的生活方式到底為我們帶來什麼?最明顯的答案就是領土擴張

溫血生理或許不適合在沙漠中生活,但是卻可以讓動物在夜間巡弋,或者在冬季以及溫帶地區活躍,而這些對蜥蜴來說都不可能。另外一個優點則是腦力,雖然表面上看起來關聯沒有那麼明顯。相較於蜥蜴來說,哺乳類的腦容量與體積比,顯然大了很多。雖說大腦袋並不保證一定比較聰明或者比較機智,不過看起來較快的新陳代謝才能支持較大的腦容量,而動物不用特別花資源去照顧它。這意思是說,假設哺乳類跟蜥蜴都需要花百分之三的資源給大腦,而哺乳類可以支配比蜥蜴多十倍的資源,牠就可以養比蜥蜴大十倍的腦袋,而事實上也正是如此。附帶提一下,靈長類動物,特別是人類,往往分配更多資源給大腦。以人類為例,我們貢獻了大概百分之二十的資源給大腦,儘管它只占了身體重量幾個百分點而已。不過我猜,其實腦力很可能只是某種附加價值,對溫血動物的生活方式來說,這可能是在不增加額外負擔的情況下所發展成的。要養一顆大腦袋其實有其他更便宜的方法。

不過簡而言之,用領土擴張、夜間活動跟超大腦力去換取溫血動物巨額的新陳代謝,看起來其實不怎麼划算。我們一定忽略了些什麼。從付出的角度來看,不斷地吃、吃、吃所要付出的代價可不只是肚子痛而已。動物要花大量的時間與精力用來尋找糧食、打獵或是種植蔬果,其中大部分的時間都要暴露在掠食者或是競爭者的威脅之下。食物會吃光,會枯竭。很明顯地你吃得愈快,就愈快吃光食物。

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另外你的族群數量也會減少。根據經驗法則,代謝速率會控制族群大小,因此爬蟲類的數量往往是哺乳類的十倍左右。同樣的,哺乳類的子代數量也比較少(不過牠們也因此可以給較少的子代每個個體較多的資源)。另外生命周期也會隨著新陳代謝速率而不同。佛洛伊德的笑話雖然適用於人類,但可不適用於爬蟲類。爬蟲類的生活或許無趣而緩慢,但是牠們真的活得比較久。像是巨龜可以活好幾百年。

所以保持溫血要付出的代價十分慘烈。溫血動物生命周期短,還要花很多時間在危險中吃飯。牠們只能產生少量子代,並且維持較小的族群,而這兩個特性都很容易受到天擇無情的鞭笞。我們換回來的是可以在晚上冷風颼颼中外出的權利,這交易看起來真是遜透了,特別是晚上我們無論如何還是要睡覺。但是在這生命的聖殿裡,我們還是會習慣性地給哺乳類與鳥類最高評價。到底有什麼東西是我們有而爬蟲類沒有的?而這東西最好夠格。

(全文未完)


本文摘自《生命的躍升:40億年演化史上最重要的10個關鍵》第八章 〈熱血沸騰--衝破能量的藩籬〉。本書由貓頭鷹出版社出版,獲2012年7月PanSci選書推薦。

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貓頭鷹自 1992 年創立,初期以單卷式主題工具書為出版重心,逐步成為各類知識的展演舞台,尤其著力於科學科技、歷史人文與整理台灣物種等非虛構主題。以下分四項簡介:一、引介國際知名經典作品如西蒙.德.波娃《第二性》(法文譯家邱瑞鑾全文翻譯)、達爾文傳世經典《物種源始》、國際科技趨勢大師KK凱文.凱利《科技想要什麼》《必然》與《釋控》、法國史學大師巴森《從黎明到衰頹》、瑞典漢學家林西莉《漢字的故事》等。二、開發優秀中文創作品如腦科學家謝伯讓《大腦簡史》、羅一鈞《心之谷》、張隆志組織新生代未來史家撰寫《跨越世紀的信號》大系、婦運先驅顧燕翎《女性主義經典選讀》、翁佳音暨曹銘宗合著《吃的台灣史》等。三、也售出版權及翻譯稿至全世界。四、同時長期投入資源整理台灣物種,並以圖鑑形式陸續出版,如《台灣原生植物全圖鑑》計八卷九巨冊、《台灣蛇類圖鑑》、《台灣行道樹圖鑑》等,叫好又叫座。冀望讀者在愉悅中閱讀並感受知識的美好是貓頭鷹永續經營的宗旨。

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貓咪也會學鳥叫?揭秘貓貓發出「喀喀聲」背後的可能原因
F 編_96
・2024/12/24 ・2480字 ・閱讀時間約 5 分鐘

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F 編按:本文編譯自 Live Science

貓是一種神秘而又引人注目的動物,牠們看似深居簡出,但擁有多元的聲音表達:從吸引人類注意的「喵喵叫」,到面對威脅時的「嘶嘶聲」與低沉的「咆哮」。

延伸閱讀:貓咪為什麼總愛對人喵喵叫?看貓如何用聲音征服人類的心

然而,細心的貓奴們可能會注意到,貓有時會對著窗外的鳥兒或屋內小動物玩具,發出一種獨特的「卡卡聲」或「咯咯聲」。這種聲音既像牙齒打顫,又好似一陣陣輕微的顫鳴,卻很難歸類到常見的喵叫或咆哮裡。這種名為「chatter」的行為,究竟在貓的生活中扮演什麼角色?目前科學界尚未對此有定論,但有幾種廣為討論的假說,或許能為我們提供一些思考方向。

卡卡叫:情緒的釋放或表達?

有些貓行為專家推測,貓咪在看到獵物(如窗外的鳥、老鼠)卻無法接近時,會因「欲捕無法」的挫折感或興奮感,發出這種「卡卡聲」。就像人類遇到障礙時,可能會發出抱怨的咕噥聲或乾著急的嘆息聲一樣,貓咪的「喀喀聲」也可能只是把當下的情緒外顯,並非有特別針對人或其他動物的溝通目的。

  • 情緒假說
    • 挫折:當貓看見鳥兒在窗外飛舞卻無法撲殺,內心焦躁,遂用聲音抒發。
    • 興奮:或許貓在準備捕獵時也感到高度亢奮,因此嘴部不自覺抖動並出聲。
貓咪的「喀喀聲」可能源於挫折或興奮情緒,表達捕獵受阻的內在反應。圖/envato

要在科學上驗證「情緒假說」並不容易,因為需要同時測量貓咪行為和生理指標。例如,研究人員可能需要測量貓咪在卡卡叫時的壓力荷爾蒙變化,才能確認牠們究竟是帶著正面興奮,或是負面挫折的情緒。不過,由於貓的獨立特質,實驗設計往往困難重重,樣本量要足夠也不容易,所以至今沒有定論。

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增強嗅覺?貓咪的「第二鼻子」

另一種說法則認為,貓咪發出「卡卡聲」時,可能同時開啟了其位於口腔上顎的「犁鼻器」(vomeronasal organ),也稱作「賈氏器官(Jacobson’s organ)」。這個感知器官能捕捉一般鼻腔聞不到的化學分子,如費洛蒙或特定氣味分子,因此對貓的求偶、社交和獵捕行為都非常重要。

  • 嗅覺假說
    • 張口呼吸:如果貓咪一邊「咯咯咯」地開合上下顎,可能在嘗試讓空氣(及其中所含的氣味分子)進入犁鼻器。
    • 蒐集更多環境資訊:在確定下手前,更完整的嗅覺分析或能提高牠們獵捕成功率,或是幫助判斷環境中是否有其他潛在威脅或機會。

然而,要科學驗證「增強嗅覺假說」同樣不簡單。研究人員不僅要觀察貓咪在卡卡叫時的行為,也需要測量牠們是否真的打開了更大的氣道,並在那個同時有效使用犁鼻器。這些行為與生理測量都必須在相對可控卻又不影響貓自由行動的實驗環境中進行,實務上難度頗高。

聲音模仿:貓咪的「偽鳥叫」?

貓咪的「卡卡聲」或許是為了模仿獵物的聲音,讓獵物降低警戒。圖/envato

第三種最有趣也最具「野性色彩」的假說,是「模仿獵物聲音」。在野外,一些中南美洲的小型貓科動物(例如:長尾虎貓,又稱美洲豹貓或瑪家貓,Margay)曾被觀察到,在捕獵小猴群時,發出類似猴子叫聲的音調;有些當地原住民族群也傳說,叢林裡的某些捕食者會模仿目標獵物的聲音來誘捕。由此推測,家貓看到鳥兒時發出的「卡卡聲」,可能包含些微模仿鳥兒啁啾的元素,試圖降低獵物警戒或甚至吸引獵物靠近。

  • 模仿假說
    • 案例參考:野生貓科動物曾出現學習或偽裝聲音的紀錄。
    • 家貓可能繼承的行為:家貓的祖先——北非野貓(African wildcat)及其他小型貓科物種,是否具備聲音模仿能力?這在生物演化研究上仍是未解之謎。
    • 缺乏大規模觀察:由於小型野生貓科動物研究資料有限,且家貓實驗更不易做大樣本長期追蹤,最終導致此理論尚未獲得廣泛實證。

貓咪行為研究的挑戰:野性祖先的重要性

探討貓咪行為,常常需要回溯至野生祖先的棲地環境。家貓(Felis catus)普遍被認為源自北非野貓(Felis lybica),然而,野貓習性的研究本就不多,尤其是關於聲音與捕獵策略更是資料有限。我們想知道「為什麼家貓會卡卡叫」,首先要確定:「牠們的野性祖先或其他小型貓科,也有同樣的行為嗎?」若有,家貓則可能繼承自古老基因;若無,則可能是家貓在與人類共處的環境中演化出的新行為。

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如果要探查家貓「卡卡叫」的原因,還需要了解其祖先或其他小型貓科是否具有類似行為。圖/envato

再者,貓在實驗室中的「不可控」因素相當多。貓不像狗般樂於服從人類指令,常有自己的規律與個性。要在實驗情境下穩定地誘發貓的「卡卡叫」行為、同時檢測牠們的生理和心理反應,並確保每隻貓的個體差異都被考慮到,這些都對研究團隊是極大考驗。

對於許多貓奴來說,貓咪坐在窗邊,一邊盯著外頭的鳥兒或松鼠,一邊發出獨特的「卡卡聲」,是一幕既可愛又神祕的風景。究竟牠們是在抒發情緒、強化嗅覺、抑或真的在「假扮鳥叫」以誘捕獵物?目前沒有確切的答案。然而,也正因為這層未知,貓貓才更顯得迷人。

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F 編_96
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一個不小心闖入霍格華茲(科普)的麻瓜(文組).原泛科學編輯.現任家庭小精靈,至今仍潛伏在魔法世界中💃

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誠實面對人類參與的「自然」——太田欽也專訪
顯微觀點_96
・2024/07/11 ・3228字 ・閱讀時間約 6 分鐘

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本文轉載自顯微觀點

斑馬魚是最知名的模式生物之一,其基因、型態與發育深受了解,並用於探討深度同源等重要演化生物學問題。但也有科學家提出,演化生物學該持續隨環境演進,並嘗試以新的實驗物種——金魚——探討人類世(Anthropocene)環境下的生物演化。

育種歷史與基因巧合 奠定金魚的演化生物學價值

例如有千年馴化歷史、型態千變萬化的金魚,就相當適合探討人類因素與生物型態演化的關聯。

中研院細生所派駐臨海研究站的演化與發育生物學家太田欽也指出,斑馬魚與金魚兩者的胚胎都可以透過顯微鏡仔細觀察,相對於受精一年後才成熟的金魚,斑馬魚有成熟較快,基因組較為單純等優點,也具備許多現成基因研究工具。

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但斑馬品系間仍以其生理機能與基因為主要差別,對型態差異的演化並未那麼明顯。因為,科學家為了操作基因與細胞特徵而培育斑馬魚,使不同品系的差異大多來自目標明確的基因工程。

金魚型態演化圖。Courtesy of Kinya Ota and Gembu Abe

而金魚的型態變異,則完全來自飼養者對型態的偏好和育種,蘊藏更多元的型態變化與發育差異。其悠長的馴養歷史以及更古老的基因重複(Gene Duplication)機遇,使其值得成為演化發育生物學的新模式生物。研究器材和方法上的調整,則是生物學家展現才智的機會。

太田欽也舉例,「一般的解剖顯微鏡工作距離適合觀察和操作斑馬魚,但是經過我們自己的創意,也改裝出可以對金魚進行顯微手術的器具和適合拍攝的大型解剖顯微鏡。設備上的差異並不難克服。」

金魚胚胎的發育生物學優勢

太田欽也說,現代生物學家以果蠅和微生物育種進行遺傳與演化實驗,擴大時間維度來看,千年來金魚愛好者挑選、強化金魚外觀特徵的過程,可以比擬長時間的人擇實驗。

金魚不僅適合用來觀察人擇壓力如何影響成年生物的型態。太田欽也更想進一步探索,從胚胎階段的差異進行選擇,是否可能改變生物的型態。

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太田欽也提到,人工育種對發育與型態的影響力也展現在其他物種上,例如家犬與鴿子也被培育出許多特殊表型。但是哺乳動物和鳥類的胚胎觀察不易,需要相當高的技術與成本。

相對於動物子宮與鳥類蛋殼內的胚胎,在透明卵囊中發育的半透明金魚胚胎,就是非常容易觀察的研究對象。只要有恰當的複式顯微鏡、解剖顯微鏡和顯微手術能力,金魚的胚胎從受精到孵化都可以全程順利紀錄,而且每次繁殖可以蒐集到上百筆資料。

現代顯微攝影技術搭配容易觀察的金魚胚胎,讓太田欽也可以拍攝清晰影片,在網路上生動地分享發育生物學知識。攝影:楊雅棠

自製影片 盼演化生物學跨過學院圍牆

除了將金魚研究成果發表在 Nature 等科學期刊,太田欽也同時努力當起「Youtuber」。他希望能將演化發育生物學、金魚飼育經驗、臨海研究站的學術特色,甚至是宜蘭的風光,透過網路傳達給大眾。

武漢肺炎導致的漫長隔離,是他學習影音製作的契機。最初他在百無聊賴之下看了大量影片,後來逐漸萌發「我也要拍自己的題材!」的企圖心。開始搜尋拍攝、後製、配樂等網路教學,在隔離的單人房中逐漸進步。

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太田欽也說,拍攝影片最重要的動機是「分享」。他解釋,「科學的頻道不管累積再多追蹤者,例如數十萬人追蹤的 Nature, Science, 觀眾也以科學領域工作者為主。現代知識逐漸朝向『專家』與『外人』的兩極化狀態發展,我不喜歡這樣的社會。」

如同他推進學術研究的方法,他也透過自學、自己組裝基礎設備如空拍機、手機等,在節省開支的情況下拍出了中研院同僚為之驚艷的影片。

太田欽也為臨海研究站拍攝的簡介影片,基本款空拍機呈現了頭城的舒暢美景。

在早已開始的人類世 何謂自然?

太田欽也熱衷以空拍影片介紹宜蘭的郊野與人文,但他對主流輿論的「自然環境」內涵存疑,他認為「自然」早已被人類行為大幅改變。自從農業擴張、工業革命發生,人類對環境與生物的改變程度早已無法恢復「自然原貌」。

他以金魚的馴化過程為例,從宋朝開始的愛好者,透過育種極力凸顯特殊形態,從沒有背鰭的「蛋種」,到眼周水泡足以遮蔽視線的「水泡眼」。都不是基於適應「自然」而進行的育種。

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太田欽也強調,「如果是宋朝或明朝人有今天的生物學工具,以他們的追求珍奇的育種態度,一定會用 CRISPR 編輯金魚基因,製造出更奇特的變異型態。」

他說,這樣的行為會在現代科學圈與社會輿論上遭到反對,「認為動物被修改基因、型態變異很可憐」,但人類採用動物進行藥物實驗或經濟用途時,也並未優先考慮「自然原則」。

太田欽也反問,「若是透過基因編輯技術將金魚修改回類似野生鯽魚的型態,更適應野外環境,這樣算是自然或不自然呢?」

建立科技倫理 而非堅守「自然」想像

他指出,金魚的馴化與育種反映著東亞社會的自然觀念,不同於西方基督教倫理的「人統御、保護自然」意識形態。可以促進人們反思,人類也身在其中的「自然」的標準是什麼?而非執著於保護想像中的自然「原狀」。

太田欽也強調,「本質化『自然』、建構一個保守不變的形象,不會幫助人們了解生物學。」

他認為,宋朝人、明朝人的自然觀念與今日不同;甚至現代人常引用的「道法自然」倡議者老子,他所提倡的自然,與現代許多人想像、意圖恢復的也是不同的自然。

背鰭退化、尾鰭倍增的蛋種雙尾金魚,是古代貴族最青眼有加的奇特型態之一。作者:清 馬文麟 來源:國立故宮博物院

太田欽也建言,科學地面對人類因素影響世界各地生態的現實、建立基因科技的社會倫理與規範,都是比恢復建構出的「自然」意象更重要的生物學議題。

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來自日本和歌山縣鄉間的太田欽也說,長期駐守宜蘭頭城的臨海研究站不僅是因為設施與職位,也是因為此處環境與故鄉有幾分神似。

「但我不會說這兩個地方都很『自然』,在人們對我說『這裡很自然!』的時候。」太田欽也無奈地笑說,「想到周遭可以釣起吳郭魚的溪流、被整治疏濬成田園的原洪氾濕地,反而會讓我很疑惑彼此對『自然』的共識。」

1995 年諾貝爾化學獎得主克魯岑(Paul Crutzen)指出,現代已是由人類行為影響地質特性的人類世。此概念引起地質科學界激烈討論,從新石器時代、工業革命到核彈試爆頻繁的 1960 年代都有學者認為是人類世的開端。

最後由國際地層委員會的人類世工作小組投票決定,視第二次世界大戰後、人口與人類活動高速成長的20世紀中葉為人類世起點。

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參考資料

  1. Li IJ, Lee SH, Abe G, Ota KG. Embryonic and postembryonic development of the ornamental twin-tail goldfish. Dev Dyn. 2019 Apr;248(4):251-283.
  2. Abe G, Lee SH, Chang M, Liu SC, Tsai HY, Ota KG. The origin of the bifurcated axial skeletal system in the twin-tail goldfish. Nat Commun. 2014 Feb 25;5:3360.
  3. 太田欽也實驗室
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想要減肥或控制體重?先散步評估一下吧!——《大自然就是要你胖!》
天下文化_96
・2024/07/02 ・1877字 ・閱讀時間約 3 分鐘

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恢復初始體重與延長健康壽命

身體的能量大多由細胞裡的能量工廠產生,也就是粒線體。這種能量以 ATP 的形式存在,用來驅動體內種種的生物過程,維持新陳代謝。攝取果糖後,身體會產生尿酸,對能量工廠造成氧化壓力,導致 ATP 產量減少,最後果糖所含的熱量會以脂肪和肝醣的形式儲存在體內。這個過程能幫助我們儲備能量,以因應食物不足的狀況。

生存開關活化所產生的氧化壓力,可能對細胞內的能量工廠和身體其他部位造成損害。在自然界中,這種氧化壓力通常為時短暫,能量工廠很快就會恢復正常運作。相對之下,現代人體內的生存開關卻是全年無休、火力全開。原本是為了生存而暫時抑制粒線體的能量產生,沒想到卻變成一種永久的枷鎖,並帶來嚴重的後果。

長期暴露在慢性氧化壓力中,會使能量工廠的結構發生變化。粒線體會變小,功能下降。即使在生存開關並未活化的狀況下,粒線體產生的能量也不復以往。這等於重新設定了新陳代謝的基礎值,降低能量的產生和使用,隨之而來的便是體重增加。因為身體現在認定減重前的體重才是正常,所以將體重減輕視為生存威脅,於是調整新陳代謝速率做為因應。這時,你的新陳代謝就成為你的敵人!

長期暴露在慢性氧化壓力中,粒線體會變小,降低能量的產生和使用,隨之而來的便是體重增加。因為身體現在認定減重前的體重才是正常,所以將體重減輕視為生存威脅,於是調整新陳代謝速率做為因應。圖/envato

生存開關長期處於活化狀態,不只會影響體重和能量。現在更有證據指出,慢性或反覆出現氧化壓力,也會導致人體老化,於是皮膚出現皺紋,內臟器官緩慢磨損。所有的食物攝取,多少都會對能量工廠造成氧化壓力(第一章曾說過,減少熱量攝取可能延長壽命,原因可能正是在此)。然而,與其他營養相比,攝取果糖對粒線體造成的氧化壓力要大得多。

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在我看來,若能在粒線體受到永久損傷之前,及早對肥胖症展開治療,效果最好。的確,我個人的經驗是,兒童和青少年的肥胖症比較容易治療,只需要改變飲食,減少攝取會活化生存開關的食物,因為年輕人仍然擁有大量功能正常的粒線體。相較之下,要治療肥胖症的長期患者挑戰就高得多,因為他們的能量工廠長期承受慢性的氧化壓力。然而,任務仍然可能達成,關鍵在於恢復粒線體。

要治療肥胖症,就得增加粒線體的產能

我們被「鎖定」在高體重和低能量的狀態,這聽來真是令人沮喪,但這種狀態並非不能改變,能量工廠是可復原的。基本上有兩大方法,首先,盡量減少對能量工廠的損害,讓它們有時間自然恢復。這種方法主要著重在中止生存開關持續活化。其次是積極修復能量工廠,甚或是增加生產粒線體,以彌補失去的數量。

評估粒線體的健康,你可以從散步開始!圖/envato

在討論如何達成這兩項目標之前,我想先提供簡單的方法,讓你評估自己能量工廠的健康狀況:觀察自己的自然步態,也就是平時的行走速度。你可以記錄自己繞行附近一個街區的時間,同時佩戴計步器計算步數,然後算出每秒行走的步數和距離。另一種方法更簡單,只要記錄繞行街區的時間,將現在的時間與之後的時間進行比較,就能判斷粒線體的健康狀況是否改變。重點在於測量時要採行自然步態;換句話說,行走時請勿故意加快腳步。正常的步行速度約為每秒 1.2 公尺,但每秒 0.6 至 1.8 公尺都算正常範圍。我建議把目標設定為每秒 1.2 公尺以上。長期超重的人步行速度通常較慢,平均約為每秒 0.9 公尺。

研究顯示,自然步行速度與粒線體的品質呈現正相關,步行速度較快的人壽命較長,整體健康狀況也較好。步行速度減慢可能是因為骨骼肌疲勞增加,或 ATP 濃度低。值得注意的是,年輕超重者的步行速度往往與其他年輕人相似,但隨著年齡增長,超重者和正常體重者之間的步行速度差異會愈來愈大。

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我鼓勵你去散步,評估你的自然步行節奏。這可幫助你深入了解減肥和維持體重的難易程度,不僅如此,長期監控自己的自然步行速度,還有助於評估體重控制的整體進展。

——本文摘自《大自然就是要你胖!》,2024 年 06 月,天下文化出版,未經同意請勿轉載。

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天下文化_96
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