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地球最初的生命形態如何封裝 RNA?

only-perception
・2012/10/15 ・1549字 ・閱讀時間約 3 分鐘 ・SR值 602 ・九年級

賓州州立大學的研究者開發出一種化學模型,模仿四十億年前地球上細胞生命形成的一個可能階段。利用大型「巨分子」聚合物,科學家創造出原始的類細胞結構,將 RNA(遺傳編碼物質,被認為比 DNA 更早出現在地球上)注入其中,並證明這些分子在那些可能出現於早期地球的環境中,如何進行化學上的反應。《Nature Chemistry》期刊將於 2012/10/14 在線上刊出這項研究。

在現代生物學中,所有的生命型態,除了某些病毒以外,均利用 DNA 做為其遺傳儲存機制。根據「RNA 世界(RNA-world)」假說,RNA 首先出現在地球上,作為遺傳儲存材料以及催化化學反應的功能性分子,DNA 與蛋白質在更晚之後才逐漸形成。不像 DNA,RNA 可採用許多不同的分子構形(conformations),故其在分子的層次上進行功能性交互作用。在這篇即將發行的論文裡,二位化學教授,Christine Keating 與 Philip Bevilacqua,以及二位畢業生,Christopher Strulson 與 Rosalynn Molden,探測 RNA 世界假說中最惱人的謎。

「RNA 世界難題中缺失的一塊是區隔化(compartmentalization,區室化),」Bevilacqua 表示。「分子的數量不足以使 RNA 到處漂浮;它們需要被分隔,且它們需要待在一起而不會擴散開。」這種封裝(packaging,包裹)需要在夠小的空間內發生 — 某種類似現代細胞的東西 — 這是因為一個簡單的化學事實:為了讓化學反應能夠發生,分子需要尋找彼此。

為了測試早期類細胞結構如何形成與作用以區隔 RNA 分子,即便在缺乏類脂分子的情況下(那構成現代的細胞膜),Strulson 與 Molden 在實驗室中產生一種簡單、無生命的模型「細胞」。「我們的團隊使用二種聚合物溶液 — 聚乙二醇(PEG)與右旋糖苷(dextran,葡萄聚糖,葡聚糖,譯註下面改用原文表示。)來製備隔間( compartments),」 Keating 解釋,「這些溶液形成明確的、富含聚合物的水隔間,在其中,如 RNA 那樣的分子可局部濃縮。」

團隊成員發現,一旦 RNA 被封裝至富含 dextran 的間隔內,這些分子能產生物理性關聯(associate physically),導致化學反應。「有趣的是,所封裝的 RNA 濃度愈高,反應愈快發生,」 Bevilacqua 解釋。「我們注意到化學反應速率增加了約 70 倍。最重要的是,我們證明,為使 RNA「做某些事」 — 進行化學反應 — 它得被緊密地區隔到某種如細胞般的東西內。我們以雙水相系統(aqueous two-phase systems,ATPS)進行的實驗已證明,某些區隔化機制在早期地球環境中可能提供了催化。」

Keating 補充道,雖然團隊成員並未指出 PEG 與 dextran 是出現在早期地球上的特定聚合物,不過他們提供了一項線索,關於區隔化之合理路線:相分離(phase separation)。」當二種不同聚合物以相對較高的濃度出現在溶液之中時,相分離就會發生。樣本並非混合,而是分離成二種截然不同的液體,類似油、水如何分離。」Keating 解釋,「我們利用 dextran 與 PEG 製造出來的水相區隔可藉由增加局部反應濃度來驅動生化反應。所以,在早期地球上可能有其他種類的聚合物成為驅動區隔化的分子。」Strulson 補充:「除了 RNA 世界假說外,這些結果也許與現代生物學中非細胞膜間隔內的 RNA 局部化及功能有關。」

團隊成員亦發現,RNA 串的長度愈長,封裝到 ATPS dextran 隔間內的濃度會愈高,而較短的 RNA 串則傾向被晾在一旁(left out)。「我們提出假說,這項研究結果可能暗示某種原始的篩選方法,」Bevilacqua 說,「當 RNA 愈短,其傾向具有較少的酵素活性。所以,在一個類似我們 dextran-PEG 模型系統的早期地球系統中,具完整長度的、有作用的 RNA(functional RNA)可能被篩選並濃縮到某一「相」內,而較短的 RNA,那不僅沒用,而且還作勢要抑制重要的化學反應,可能就不會被納入其中。」

科學家希望以其他聚合物測試其模型細胞方法來繼續其研究。Keating 補充表示,「我們對於觀察聚合物系統的區隔化感到有興趣,那更加接近那些曾出現在早期地球上的東西,而那些也可能出現在當代的生物細胞中,在此,RNA 區隔化對於廣泛的細胞過程來說仍然重要。」

資料來源:Early-Earth cells modeled to show how first life forms might have packaged RNA. Phys.org [October 14, 2012]

轉載自 only perception

文章難易度
only-perception
153 篇文章 ・ 1 位粉絲
妳/你好,我是來自火星的火星人,畢業於火星人理工大學(不是地球上的 MIT,請勿混淆 :p),名字裡有條魚,雖然跟魚一點關係也沒有,不過沒有關係,反正妳/你只要知道我不是地球人就行了... :D


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海豹在臺灣出現合理嗎?鼻頭漁港海豹現身事件和跟著浮出水面的反思

chungweiyou_96
・2021/10/27 ・3368字 ・閱讀時間約 7 分鐘

本週(10/24)在臺灣瑞芳的鼻頭漁港首度發現一隻靠岸在本島的海豹,這個消息對很多人來說都非常的興奮!但另一方面,這隻海豹也讓一些問題跟著浮出水面:比方如何辨識海豹、海獅等鰭腳類動物?新北市動保處為何要捕捉這隻海豹?海豹出現在臺灣合理嗎?港內的垃圾如何處理?跟著本文,讓我們來一一了解!

海豹、海象、海獅、海狗,傻傻分不清楚?

在分類方面,首先我們知道鰭腳類動物(Pinnipedia)就是指這類四肢演化成鰭狀的海洋哺乳類動物,主要分布在溫帶與寒帶(但仍有少數例外,如加拉巴哥海獅 Arctocephalus galapagoensis 所分布的加拉巴哥群島就是位處熱帶)。

鰭腳類動物包含了海象、海豹、海狗以及海獅,對一般人來說確實是個挑戰。其中較好分的就是海象,擁有一對非常醒目的獠牙;其次則是海豹,海豹是沒有外耳的,後腳看起來更接近尾巴,因此在岸上移動困難;而海獅和海狗就不好分了,在分類上的定義也不夠明確(海狗是海獅類群的其中一分子),要分辨的話,普遍主要會從海獅體型較大、雄海獅有明顯鬃毛、體毛較粗等來大致區分。

環海豹。圖 / 作者提供
加拉巴哥海獅。圖 / 作者提供。

為何要把海豹抓起來?可能的原因與反思

然後就是新北市動保處為何想要捕捉這隻海豹了。這個問題大概可以拆解成以下幾項:

一、因為海豹是外來種?

新北市動保處處長在新聞稿以及鼻頭漁港現場,都說了海豹是外來種云云。

外來種的定義是「某物種直接或者間接靠人為力量抵達某原分布外的地點者稱之」;反過來說,靠自身能力(飛行、游泳、空漂、海漂⋯⋯)抵達臺灣的生物,就不是外來種。而目前經清查,各大水族館以及海洋公園等地,都說並沒有遺失海豹的情況之下,這隻在鼻頭漁港出現的海豹,就不能以外來物種的標準處置(如果有所謂的外來種處置方式的話啦)。

二、還是哺乳中的小海豹?

10 月 25 日早上,我也在鼻頭漁港現場攝影,並目擊了圍捕經過。詢問過後發現,現場所有準備圍捕海豹的人員,沒有一人知道那隻海豹究竟是什麼物種。如果有小小做點功課,至少會說可能是斑海豹或者港海豹的其中之一,但現場沒有人說出上述的任何名字。

就我個人在現場觀察和攝影,個人認為比較可能是港海豹(Phoca vitulina),但因為港海豹和斑海豹(Phoca largha)外觀相當相似,所以也不敢直接說死。

港海豹分布於亞洲、歐洲以及北美洲的溫帶和寒帶地區,IUCN 判定無危,數量穩定。如果現場人員都無法判斷這隻海豹究竟是哪個物種,要人如何相信 24 日報導中說的「專人判定是哺乳期中的小海豹」?專人是哪位?以這種不夠可信的理由想要把海豹抓起來,似乎操之過急。

那我們就來看看這隻海豹是哺乳期幼仔是否合理吧!首先,港海豹在介於 2 月到 7 月之間產仔(緯度越高越晚生),產仔之後,媽媽只花 3-4 週的時間哺乳,之後就離開寶寶讓牠獨立生存。所以假設牠最晚在 7 月出生,又哺乳長達 4 週,圍捕當天已經是 10 月 25 日,怎麼算都不可能是所謂的「還在哺乳期的個體」!

有新聞報導小海豹可能跟母豹走失。圖/NowNews

根據 Monica Muelbert 和 William Don Bowen 在 2011 年的研究[1]顯示,港海豹幼仔平均在產後 24.1±0.44 天斷奶,斷奶的當下體重為 24.9±0.45 公斤 (n=52)。鼻頭漁港的這隻港海豹雖然沒有被抓起來量體重,但目測體長約 1 公尺、體重超過 25 公斤應該是沒有懸念,怎麼看都不是哺乳期的幼仔,還腦補了跟父母走散等劇情,用意只是想合理化捕捉的動作嗎?

這次在鼻頭漁港的港海豹。圖 / 作者提供。

三、擔心小海豹在漁港內受傷?

基本上這隻迷路到臺灣的港海豹,應該視為如同迷鳥一樣的狀況。同樣是史上首見,2014 年金山小白鶴剛到的時候,動保處也沒有急著要捕捉,那為什麼這隻港海豹就要抓?在「外來種之說」以及「哺乳期幼仔之說」都有些不可靠的情況下,處長接著說因為牠在漁港內可能會被漁船或者漁具等弄傷,所以想要捕捉之後去野柳海洋世界給獸醫師檢查,再找適當的時機和地點野放。

這個理由我可以接受,但正值東北季風強盛,當天早上天氣也一直都不好,港外的浪況相當驚人,捕捉人員雖然沒有抓到港海豹,但間接把港海豹趕出港外,在這種浪況極度不佳的海象之下,是不是逼著牠去冒更多的險?漁船在這種天氣也不會出港作業,若能讓牠在港內休息幾天,也觀察幾天,等過幾天天氣好,港海豹也因為喘息幾天而恢復體力(一路從溫帶南漂到臺灣肯定非常消耗體力),再有所動作應該也不遲?

金山小白鶴。圖 / 作者提供。

後來,10/25早上離開鼻頭漁港前,動保處處長說,他們當天的捕捉行動其實也想要測試、觀察港海豹的行動能力。看起來牠逃走的時候很正常,游泳的速度也是非常快,應該是健康無虞的個體。

港海豹出現在臺灣合理嗎?

至於港海豹出現在臺灣到底合不合理?要回答這個問題之前,要先知道一個概念:動物在某地點族群數量變多,新的個體競爭不到資源(或者數量沒變多,但環境品質劣化導致資源減少)時,就有可能冒險向外拓展新領地。

如果是海豹,在這個過程中,就有可能被強大的洋流帶往意料之外的低緯度地區,比方沖繩和越南都有發現過海豹的紀錄。至於臺灣的部分,昨晚看到李璟泓(里山基金會發起人)學長挖到一則老新聞,說 1957 年 8 月就有漁船在臺灣海峽撈到海獅(但其實比較像海豹);2013 年 6 月,蘭嶼東清灣海灘上也曾發現了一隻斑海豹屍體;所以此事件並不是完全沒有前例可循,在試圖妄下結論之前,真的要先花時間找資料啊。

1957年的報紙新聞。圖/取自國立公共資訊圖書館。

番外篇:港內垃圾怎麼那麼多?

再來就是港內的垃圾問題了。在港海豹離開後,已經有工作人員清理了鼻頭漁港內的垃圾,效率很高。大家看到海豹照片的時候,大多都會順便譴責一下垃圾過多的問題。

我也同意港內垃圾必須清理,但這個問題並不是當地人維持乾淨、不亂丟垃圾就能解決的。海洋四通八達,你在某地海邊撿到的垃圾有相當機會其實是遠方其他地區的人丟棄的。這是個相當大的議題,希望大家除了譴責當地人以外,有機會也可以幫忙參加淨灘活動。

鼻頭漁港的海豹與垃圾。圖 / 作者提供。

最後也想特別討論一下,大家如果遇到不熟悉的野生動物該如何應對。每個人對於動物的認識程度不盡相同,總有機會遇到一些自己不認識的動物。建議大家如果遇到不認識的動物,首先務必保持冷靜、安靜,並仔細觀察,記下特徵;如果有機會,就拿出手機拍攝一些照片。取得照片後安靜的離開遭遇動物的現場,讓雙方皆留有一些空間,千萬不要試圖捕捉或者攻擊,除了有犯法之虞,也可能弄巧成拙反而被動物攻擊!

後續,你可以主動搜尋一些管道尋求辨識協助,比方如果你看到的是一隻不熟悉的青蛙,可以有禮的請教一下臺灣兩棲類動物保育協會,以此類推,就看你看到的是哪個類群動物,找相關團體請教即可。甚至,現在社群網路如此發達,你只要 po 在自己的版面上,就有人會幫忙轉貼至各大相關版面,進而獲得解答。你的照片,或許還有可能協助研究者有新的發現!

總之,先觀察、後拍攝,最後安靜離開,就是標準遭遇不熟野生動物的 SOP 囉!

當然最後還要補一句,可以跟上百年難得一見的港海豹來臺事件,真是高興!榮幸!萬幸!Cheers!

參考資料

  1. Monica Muelbert, William Don Bowen, Duration of lactation and postweaning changes in mass and body-composition of harbor seal, Phoca-Vitulina, pups, 2011

chungweiyou_96
952 篇文章 ・ 245 位粉絲
大家好,我最喜歡的類群是兩棲爬行類動物,但基本上對於所有動物的神奇和美麗都是無比嚮往。
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