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睡著還能繼續飛?一探鳥類世界的奧秘!──《噢!原來如此 有趣的鳥類學》

麥浩斯
・2020/11/19 ・1716字 ・閱讀時間約 3 分鐘 ・SR值 429 ・四年級

感知味道的味覺

小鳥可以感覺食物「好不好吃」嗎?當然可以,只是沒有那麼敏感。鳥類和我們人類一樣有化學物質的受器「味蕾」,通常是 300 個左右,人類大約是 1 萬個,但鳥類的味蕾不是長在舌頭上,而是在鳥喙內部,或是在口腔深處。

一般來說,味覺是保護自己的重要功能,不只是要判斷口中的食物「好不好吃」,更是要判斷「能不能吃」,遇到可能危害健康的食物,就要趕緊吐出來,否則吞下肚就來不及了。因此,當小鳥把某些「難吃」的昆蟲或果實吐出來,就是在保護自己。這和我們吃到過度刺激的食物一樣(例如太辣、太鹹或太甜),都會讓你有種想要馬上吐出來的衝動。

有趣的是,有些小鳥還真的會瞬間就把食物吞下去了,這樣一來,吃到危險的食物怎麼辦?也許,鳥類的味覺反應很快,或是食物入口前就先好好判斷能不能吃,而先觀察同伴的反應也是方法之一。

例如,大山雀看到同伴吃下某個食物覺得難吃而吐掉、甩頭等踩到雷的反應後,有 32% 的大山雀會學習到那個食物似乎不太妙,而選擇吃別的食物。這樣的學習行為除了保護自己,也可能影響同伴的覓食行為。

辨別氣味的嗅覺

要填飽肚子,除了利用眼睛尋找獵物、仔細聽出獵物的動靜,有一些鳥類擁有敏銳的嗅覺,是用聞的方式找食物!

如紐西蘭的國鳥鷸鴕,因為無法飛行、視力也不好,夜行性的牠們靠鳥喙前端的鼻孔在土壤和落葉間嗅聞蟲的氣味,地表下 3 公分的蚯蚓也聞得到;吃屍體的紅頭美洲鷲,即使在天上飛也能聞到森林裡被落葉覆蓋的腐肉;一些嗅覺沒那麼敏銳的黑美洲鷲等鳥類還會尾隨紅頭美洲鷲去找食物。另外,海燕、信天翁等海鳥,在汪洋大海上也是依靠敏銳的嗅覺尋找食物,漂泊信天翁甚至從 20 公里外就可以聞到氣味。

而藍鸌即使在一片漆黑的環境下,也可以透過氣味找到自己位於海邊的地下巢洞,甚至還能分辨出自己蛋的氣味。這些嗅覺敏銳的鳥種,位於前腦裡負責感知嗅覺的嗅球也比一般鳥類大得多!

不只如此,鳥類整理羽毛時,會用尾羽基部尾脂腺分泌的油脂塗抹全身羽毛。尾脂腺中有各種細菌,產生不同的氣味混合後形成自己的氣味,如果菌相改變,油脂塗抹到羽毛後,身上的氣味也將跟著改變,甚至會影響配偶的選擇。

半睡半醒的睡眠

跟大部分的動物一樣,鳥類也需要睡眠。厲害的是,牠們可以半睡半醒,讓一側的腦半球休息,另一側的腦半球仍然保持運作!

鴨子在睡覺時,可以睜著一隻眼睛注意天敵;軍艦鳥也可以讓一側腦半球保持清醒、另一側腦半球休息打盹,在海上連續飛 2 個月不落地;普通雨燕甚至可以在天上飛行超過 10 個月,不只睡覺,連吃喝拉撒還有交配都可以邊飛邊完成。

有些鳥類在夜晚睡覺時,因為無法覓食且環境溫度降低,會進入類似冬眠的省電模式,稱為「螫伏」(torpor),透過降低體溫及代謝速度,減緩能量的需求及消耗。例如蜂鳥的體溫從白天約 40°C,到夜晚「螫伏」狀態時可以降至 20°C;心跳則從每分鐘超過 1,000 次,降到 48 至 180 次。進入「螫伏」狀態的蜂鳥,早上醒來後也需要比較多時間暖機。

──本文摘自《噢!原來如此 有趣的鳥類學》麥浩斯出版,2020 年 10 月 22 日

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麥浩斯
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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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