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為了繁殖,19 天睡不到 23 小時!──《噢!原來如此 有趣的鳥類學》

麥浩斯
・2020/11/21 ・2156字 ・閱讀時間約 4 分鐘 ・SR值 449 ・四年級

爭奇鬥豔的把妹招數

對鳥來說,「繁殖」是年度大事,為了擺脫單身,公鳥們使出渾身解數,向母鳥展現自己最好的一面。牠們展示華麗的羽毛,羽毛有光澤也表示公鳥的身體條件較佳;或是用食物向母鳥示好,用行動證明自己的捕食能力,對餵養幼鳥也有幫助;或是為母鳥跳支別出心裁的求偶舞,有沒有跳錯、節奏對不對,都可以看出公鳥有沒有經驗;有些鳥則是展現美妙的歌喉,從鳴唱技巧、時間長短也能聽出公鳥有沒有活力;或是搭建一個窩來展示自己的建築技術等等。求偶的方式五花八門、千奇百怪,不過目的都是一樣的,就是找到另一半一起繁衍下一代!

由於母鳥對繁殖的投資程度通常比較高,例如產生較大的卵子還要花時間、精力生蛋,每次生蛋的數量也有所限制,所以會謹慎挑選對象。而公鳥為了吸引母鳥的注意,則通常是羽色較鮮豔、體型較大或是鳴唱聲較複雜的一方。

挑剔的母鳥透過公鳥各式各樣的展示行為,去判斷候選人的健康狀況、覓食能力等等,綜合各種蛛絲馬跡再從中挑出最滿意的公鳥配對,就有機會獲得較好的基因!

鳥類的夫妻之道

在鳥類的世界裡,最普遍的配對是「一夫一妻制」(monogamy),由一對成鳥完成築巢、孵蛋和育雛等繁殖任務。

但是,鳥類的一夫一妻制並不代表忠貞的愛情。某些雁鴨的一夫一妻制只維持一年,每年換老公老婆,稱為「不連續的一夫一妻」;而信天翁則可以維持好幾年,稱為「連續的一夫一妻」。而且,即便是一夫一妻,公母鳥雙方各自「搞外遇」是家常便飯,稱為「偶外配對」(extra-pair copulation),目的都是為了留下更多後代。

另一種是公鳥交配完就拍拍屁股走人,繼續找其他母鳥交配的「一夫多妻制」(polygyny)。當母鳥能獨立撫養幼鳥,公鳥大概也只剩提供精子的功能,接下來的孵蛋、育雛都由母鳥自己負責。通常一夫多妻制的幼鳥屬於「早熟性鳥類」,孵化時身上就有羽毛,沒多久就可以趴趴走。

「一妻多夫制」(polyandry)跟一夫多妻制剛好相反,母鳥們彼此競爭領域,羽色比公鳥還要鮮豔,由母鳥求偶和競爭交配權,孵蛋跟育雛則是單親爸爸負責,幼鳥通常也是早熟性。母鳥生完蛋就離開另覓新歡,繼續交配生蛋、再交配再生蛋,藉此增加自己小孩的數量。

美洲尖尾鷸的求愛馬拉松

5 月下旬,美洲尖尾鷸才剛從南半球陸陸續續飛抵阿拉斯加北部的繁殖地,但卻沒什麼時間休息了,因為繁殖季接著展開。一夫多妻制的牠們,孵蛋跟照顧小屁孩的差事都由母鳥獨力完成,不過公鳥也沒閒著,牠們的目標是在短短的繁殖季盡可能把到越多的妹,替自己生小孩!

位於北極圈內的繁殖地,夏天是永晝,公鳥們忙著擊退其他對手、追母鳥、密集求偶,競爭激烈到連睡覺都嫌浪費時間,甚至有公鳥連續 19 天內 95% 的時間都保持清醒,睡不到 23 個小時的紀錄……

這些睡眠越不足的公鳥,越能跟更多母鳥互動,也有較多的老婆跟小孩!而且公鳥們不只停留一個地方,牠們會在北極圈四處趴趴走、尋找機會,哪邊母鳥多就待久一點,一個繁殖季平均飛 3 千多公里呢!

五花八門的巢材

為了避免被掠食者發現,築巢的位置得慎重選擇,最好是不容易接近且有隱蔽性。選好位置接下來就是尋找巢材,樹枝、獸毛、泥土、蜘蛛絲等都是常見的材料,有些鳥還會用地衣、苔蘚等裝飾在鳥巢外側作掩飾,巢裡面再鋪上柔軟的苔蘚或羽絨當內襯。

有些藍山雀母鳥在生蛋後會為巢添加薰衣草、薄荷等有抑菌驅蟲功能的香草植物,直到幼鳥離巢;有些金絲燕和雨燕會用唾液固定鳥巢,而這類用口水黏緊的鳥巢經過加工後,就是食品「燕窩」;穴鴞則會在巢洞口擺放動物大便,捕食被吸引過來的昆蟲;東美鳴角鴞會活捉德州細盲蛇回家,大部分被抓回來的盲蛇生活在巢洞底部的碎屑中,可以幫鳴角鴞除掉一些巢裡的小害蟲,有盲蛇清潔工的巢洞不僅蟲蟲比較少,而且小貓頭鷹們都頭好壯壯、長得也比較健康喔!

──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

文章難易度
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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