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櫛水母的基因組在微光中射出一道曙光

Yu-Wei Lin
・2013/03/01 ・415字 ・閱讀時間少於 1 分鐘 ・SR值 524 ・七年級

國小高年級科普文,素養閱讀就從今天就開始!!

櫛水母在海洋中只有約一個網球那麼大,但這些生物在使用光線的方式卻意外地複雜。例如,這些小傢伙會對掠食者閃爍藍綠色的光芒,為的可能是要驚嚇牠們。科學家們研究櫛水母這種櫛板動物(ctenophore)的基因組,最近發表在《BMC Biology》期刊中的研究指出,這些發光的小動物具有10個一組的蛋白質來產生光芒。即使櫛水母沒有眼睛,牠們擁有另一種叫「視蛋白(opsins)」的感光蛋白質,但目前仍不知道視蛋白在這些動物中有哪些功能,且這組基因組也是首度在發光生物中完成定序。因為櫛板動物處在動物演化的底層,科學家認為能夠產生及接收光線的蛋白質可能和多細胞生物是在同個時間點演化的,這種蛋白質可能在未來衍生成位在不同動物體內,各式各樣的「感光元件」-例如人類眼睛裡面的柱狀細胞及錐狀細胞。透過研究這些蛋白質,科學家認為他們能夠對視覺的起源有全新的認知,以及治療視力上面的缺陷。

資料來源:Comb Jelly Genome Sheds Light on … Light. ScienceNow [21 December 2012]

文章難易度
Yu-Wei Lin
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東海大學生科系,興趣是兩棲爬蟲。 喜歡拍拍照、打打鼓、玩玩桌遊...etc~ 希望未來能在科普推廣盡一份心力!

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選擇延焦段人工水晶體,同時矯正散光與白內障
careonline_96
・2022/11/15 ・1967字 ・閱讀時間約 4 分鐘

國小高年級科普文,素養閱讀就從今天就開始!!

「醫師,我看東西越來越模糊。」老太太抱怨說,「尤其是晚上開車,對向車燈照過來的時候,眩光會很厲害,現在都不太敢開車。」

做完檢查後,醫師說,「你的白內障已經熟了,建議要安排開刀處理喔。」

「開完刀後,晚上有辦法開車嗎?會不會眩光?」老太太問,「我的鄰居當時是換多焦點人工水晶體,他說晚上開車很容易眩光。」

「現在的人工水晶體有很多種,我們可以根據用眼需求、是否有散光,來挑選合適的人工水晶體。」醫師仔細說明。

隨著年紀增長,我們眼睛的水晶體會漸漸老化、混濁,影響光線進入。高雄同喬眼科診所李永誠醫師指出,透過手術移除老化水晶體,並放入人工水晶體,才能夠讓患者恢復視力。

有經驗的醫療團隊能夠精準、有效率地執行手術。李永誠醫師說,那位老太太選擇使用延焦段散光人工水晶體,同時矯正白內障與散光。術後,患者的視力獲得明顯的改善,平時不太需要戴眼鏡就能駕車、旅遊,讓她相當開心。

在白內障手術前,醫師會仔細檢查視力,並了解患者的用眼需求、生活習慣、是否有散光、是否在夜間開車等,幫助挑選合適的人工水晶體。李永誠醫師說,如果人工水晶體不符合患者的需求,在手術一個月內,還有機會重新置換,若超過一個月,就比較難處理。所以在手術前,務必充分溝通,謹慎挑選人工水晶體。

延長視覺景深提升日常方便性

傳統單焦點人工水晶體只能提供遠距離清晰視力,中近距離需要戴眼鏡輔助。李永誠醫師說,延焦段人工水晶體可以提供遠距離清晰視力,並延長視覺景深,改善中距離視力,對於日常生活較為方便。

在居家生活中,其實大部分是中距離的視力需求,例如開車看儀表板、看導航,或是切菜、煮飯、打電腦、打麻將等,延焦段人工水晶體可以滿足多數人的用眼需求。

針對有夜間用眼需求、或是對於光學干擾比較敏感的人,延焦段人工水晶體也可以降低光學干擾,較不會有眩光或光暈的問題。李永誠醫師說,多焦點人工水晶體較會有光學干擾的問題,所以在夜間開車時,路燈或對向車燈會呈現一圈一圈的影像,可能影響行車安全。

同時矯正散光與白內障,提升生活品質

近視、散光是成年人常見的屈光問題,都會導致視力模糊。李永誠醫師說,現在的白內障手術等於是屈光矯正白內障手術,能夠在矯正白內障時,把患者原本的散光、近視、遠視、老花等問題,透過人工水晶體置換,一併改善。

「白內障患者之中,大概有 30%,甚至多達 50% 的患者具有散光度數,」李永誠醫師說,「如果矯正白內障,卻沒有矯正散光,術後的視力、視覺品質都沒有辦法達到理想的狀態。一般都會建議同時處理白內障和散光,才能在術後獲得較佳的視力,也可以減少手術後還需要配戴眼鏡的需求,提升生活品質與方便性。」

延焦段散光人工水晶體,可以同時解決白內障和散光的問題,李永誠醫師說,透過散光矯正科技,確保達到穩定的散光矯正效果,中距離視力能夠貼近日常生活需求,提供給患者日間方便、夜間安全的視覺品質。

貼心小提醒

隨著年紀增長,大部分的人都會漸漸出現白內障,李永誠醫師說,平時應避免長期暴露在強光、紫外線下,從事戶外活動時,請記得戴帽子、太陽眼鏡。日常生活中要避免用眼過度,不要長時間使用 3C 用品,不要在燈光不足的情況下滑手機、長時間追劇。

飲食方面建議多攝取蔬菜、水果,盡量避免抽菸、喝酒。李永誠醫師叮嚀,糖尿病患者,請記得定期到眼科檢查眼睛。

白內障可能會導致視力模糊、昏黃,如果白內障已經影響到視力,干擾到日常生活,就要跟眼科醫師討論是否需要進行白內障手術,利用合適的人工水晶體,讓生活能夠方便又安全。

careonline_96
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五花八「門」——各種肛門的特異功能
阿咏_96
・2021/07/24 ・2618字 ・閱讀時間約 5 分鐘

國小高年級科普文,素養閱讀就從今天就開始!!

一般說到肛門,我們常常會用其他詞來表示,例如「後庭」、「菊花」等等,好像是一個「不可說」的部位一樣,平常和別人聊天時,萬一有人脫口而出它的名字,當下就會想立馬播放「最怕~空氣突然安靜~」尷尬的氣氛幾乎可以讓人窒息。

但很多人不知道的是,「肛門」在演化上有很重要的意義,也跟我們的起源有很大的關係。平常不好提沒關係,我們今天就要來大談特談肛門的厲害!

一切才「肛」開始

看到標題先別驚訝,這個故事要從胚胎時期講起,最早期的胚胎稱為「囊胚 (Blastula) 」後來發育成「原腸胚」時,會形成胚孔 (Blastopore) ,而這個開口之後發育成我們的肛門,因此人類屬於「後口動物 (Deuterostome)」,也就是嘴巴是後來形成的,並非由胚孔發育而來,相反的,胚孔之後發育成嘴巴的,稱為「原口動物 (Protostomia)」;而後口動物除了我們脊索動物門(Chordata) 之外,也包含棘皮動物門 (Echinodermata) ,例如海星,以及有「超強肛門」的海參(至於牠的肛門到底有多厲害,看到最後一段就知道了)。

原口動物與後口動物胚胎發育過程的差異。圖/ Wikimedia common

有肛門?沒肛門?

以人類來說,我們將食物從嘴巴送入體內,中間經過消化系統的處理,最後食物殘渣從肛門排出體外;那現在想像一下,如果消化道的尾端沒有像肛門這樣的開口,殘留的食物便會逆流而上,從原本進食的地方排出去⋯⋯沒錯!從人類的角度來看或許會覺得怪怪的,但數億年前,許多在海裡生活的生物都是只有單一開口,由同一個地方進食、排出殘渣,在現存的生物中,例如海葵、珊瑚等,牠們在進食時一次吃一團食物,然後再從同一個孔排出去,也因此這些生物的消化囊就像是假日大賣場的單道停車場,因為空間有限,必須一進一出才能再進,攝取進體內的量便有一定的限制。

海葵的肛門。圖 / flickr

肛門的出現,就像是把停車場變成了高速公路,有了交流道之後,生物不需要等上一餐排出去才能繼續吃,而能夠一餐接著一餐,而且消化道變長之後,逐漸分隔成不同區域,各自具有獨特的微生物相,也形成能吸收不同的營養,讓生物能夠從攝食中獲取養份的效率提高,與生物的體型變大、變長以及移動方式的改變也有密切的關係。

酷肛門!

在了解肛門在生物體中的重要程度後,如果你以為肛門只能把食物殘渣排出去,那就太小看它了~接著我們來聊聊世界上百百款的肛門吧!

首先,有些動物的消化道、生殖器和泌尿道的末端合併成一個開口,稱為泄殖腔(cloaca) ,能夠排出糞便、尿液、卵子或精子,像是鳥類、兩棲爬蟲類都有這樣的構造,泄殖腔有時候很方便,譬如雌鳥在和不喜歡的雄鳥交配的時候,就能夠輕鬆地將精子排出去。至於為什麼有些動物的生殖孔和肛門是分開的,但位置卻很接近,這又是另一個故事了。

鳥類的泄殖腔。圖 / Judi Lapsley Miller 

除了泄殖腔外,前面提到海參有「最強肛門」,這不是亂說的,因為海參的肛門不只是一個排廢物的出口,還能作為牠的第二張嘴,可以吞食一些藻類,金價ㄟ「後庭進食」就是海參啦!除此之外,海參消化道的末端旁分出一對樹枝狀的器官,稱為呼吸樹 (respiration tree),可以透過肛門肌肉收縮,將海水吸進體內,藉由吸收海水中的氧氣進行氣體交換,也就是用肛門呼吸(屁之呼吸啾4尼啦~)。

如果你覺得肛門可以進食和呼吸還不夠看,那接著更猛的是——肛門還可以發動攻擊。海參體內有一個防禦器官稱為「居為業小管 (Cuverian tubules)」,在遭受機械刺激時,會從肛門排出一種白色細絲,這些細絲在海水中會變長,與其他物體接觸時還會變得黏黏的,可以用來纏住捕食者,而且對某些魚類來說是有毒的。

除此之外,有些海參的肛門還有「肛齒 (anal teeth) 」,顧名思義就是長在肛門的牙齒,可以避免一些不請自來的生物,在牠的後庭來去自如;但是其實也有生物能夠自由進出海參的肛門,例如隱魚 (pearlfish) ,牠們不會被居為業小管攻擊,而且也對海參排出的毒素有較強的抵抗力,所以當海參張開肛門呼吸時,有時候你可以看到在裡面蠕動的隱魚們 say hi~,正所謂「全家就是你家,你的肛門就是我家啦!」

最後也是我覺得最酷的是,不是所有生物的肛門都像便利商店一樣 24 小時營業的,2019 年的一篇研究發現有一類櫛水母 Mnemiopsis leidyi 的肛門在排便的時候出現,之後就消失了,而重複排便間隔的時間長短則和體型大小有關,例如幼體約十分鐘、成體一小時左右,換句話說,這是一種「間歇性肛門」,科學家們認為這個發現對肛門演化過程有很大的幫助,若繼續深入研究,有機會找到永久性肛門是如何演化出來的。

關於肛門的故事,大概可以聊個三天三夜,例如肛門的演化也是非常精彩,下次當你提到肛門,但旁邊的人露出「假裝不認識你」的表情時,就可以跟他解釋肛門有多偉大、介紹那些超酷的肛門,然後他就會⋯⋯(自行想像)

參考資料

  1. Nielsen, C., Brunet, T., & Arendt, D. (2018). Evolution of the bilaterian mouth and anus. Nature ecology & evolution, 2(9), 1358-1376.
  2. Hejnol, A., & Martín-Durán, J. M. (2015). Getting to the bottom of anal evolution. Zoologischer Anzeiger-a Journal of Comparative Zoology, 256, 61-74.
  3. What is Deuterostomes?
  4. Superphylum Deuterostomia
  5. Dean, R., Nakagawa, S., & Pizzari, T. (2011). The risk and intensity of sperm ejection in female birds. The American Naturalist, 178(3), 343-354.
  6. Parmentier, E., & Vandewalle, P. (2005). Further insight on carapid—holothuroid relationships. Marine Biology, 146(3), 455-465.
  7. Flammang, P., Ribesse, J., & Jangoux, M. (2002). Biomechanics of adhesion in sea cucumber Cuvierian tubules (Echinodermata, Holothuroidea). Integrative and Comparative Biology, 42(6), 1107-1115.
  8. Ru, X., Zhang, L., Liu, S., & Yang, H. (2020). Plasticity of respiratory function accommodates high oxygen demand in breeding sea cucumbers. Frontiers in physiology, 11, 283.
  9. Jaeckle, W. B., & Strathmann, R. R. (2013). The anus as a second mouth: anal suspension feeding by an oral deposit‐feeding sea cucumber. Invertebrate Biology, 132(1), 62-68.
  10. Tamm, S. L. (2019). Defecation by the ctenophore Mnemiopsis leidyi occurs with an ultradian rhythm through a single transient anal pore. Invertebrate Biology, 138(1), 3-16.
  11. The Body’s Most Embarrassing Organ Is an Evolutionary Marvel

泄殖腔親吻是什麼?一起看影片了解吧!

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阿咏_96
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You can be the change you want to see in the world.

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當視覺訊息進入腦部,哪些區域負責編輯訊息? ——《眼見為憑》
時報出版_96
・2021/06/12 ・2488字 ・閱讀時間約 5 分鐘

國小高年級科普文,素養閱讀就從今天就開始!!
  • 作者|理查.馬斯蘭(Richard Masland)
  • 譯者|鄧子衿

噢,為他演奏第一首曲子

把匕首刺進他的心臟

把砧板墊在他的腦下

揀裡面諷刺的顏色

——史蒂文斯

最先發生的事情

從視網膜輸出的訊息由視網膜節細胞的軸突傳遞,傳到腦中的兩個重要部位中細胞的突觸上,這兩個部位是外側膝狀核(lateral geniculate nucleus)上丘

上丘中「丘」這個字的原文是拉丁文 colliculus,意思是「小山丘」。早期的解剖學家會取這個名字,是因為在中腦(midbrain)後側有一個小隆起(「丘」),上丘就位於這個小隆起之上,相當合理的命名方式。上丘的下方是「下丘」(inferior colliculus),和聽覺有關。

從現在的研究結果得知,上丘主要的功能和視覺導向(visual orienting)有關。來自視網膜的訊息抵達上丘,上丘會讓我們注意到這個訊息構成的視覺世界中某個特別的區域。如果用電極刺激動物上丘的一個點,動物的眼睛和頭部會朝向視野的某個位置。如果動物的上丘受到損傷,便會忽略視野中的某些區域,在該區域中出現的事件不會引起動物的注意力。

很不幸,我們無法知道沒有上丘時主觀的視覺體驗會是如何。我們需要由病人的報告才能夠知道這種體驗,但是上丘距離腦中主宰意識的部位約只有一公分,在人腦中發生的損傷往往不只波及到上丘,周邊的部位幾乎都產生了損傷,在這種狀況下,注意力無法集中到視野中某個區域比起來就只是個小問題。

圖中 A 範圍為中腦,標示為 L 處即為上丘。圖/wikimedia

上丘中有許多看起來很有趣的中間神經元,也有很多分枝延伸到腦中其他部位,來自其他部位的分枝也會深入上丘。上丘實際上是一個多層結構,有些層接收的不是視覺訊息,而是由聽覺構成的空間。上丘的確有視覺導向的功能,但是在其中有幾層是讓動物朝向聲音來源,而不是視覺中的某個區域。你閉上眼睛時聽到一個聲音,上丘依然會讓你的眼睛朝向聲音來源移動。在視覺世界中,視覺線索和聲音線索經常來自同一個區域:可能是翼手龍的叫聲,或是拍動翅膀的聲音。在這種狀況下,視覺資訊和聽覺資訊會結合起來,讓你更清楚知道這種史前時代空中狩獵者的位置。

視神經軸突另一個主要的連接目標是外側膝狀核(lateral geniculate nucleus),原文中 geniculate 來自拉丁文,是「膝蓋模樣」的意思,「核」是指一群神經元聚集而成的結構(外側膝狀核的形狀有點色情)。視神經的訊息經由軸突傳到外側膝狀核中的神經元,而這些神經元有許多軸突延伸到視覺皮質。外側膝狀核是訊息傳遞到視覺皮質途徑中最重要的中繼站。外側膝狀核、視覺皮質或是兩者之間的連接途徑受傷,會讓人看不到視野中某些部分。視網膜到外側膝狀核到視覺皮質的途徑,是意識視覺(conscious vision)的主要傳遞路徑。

意識視覺的傳遞路徑。圖/《眼見為憑

如果視網膜節細胞的軸突經由突觸和外側膝狀核中的神經元連接,那麼膝狀核中的神經元對於視覺產生的反應是什麼?從後見之明來看,答案應該很容易就可以推敲出來:如同視網膜節細胞那般的反應,事實上這樣的事情經常發生。記錄外側膝狀核中的神經元活動,發現到這些神經元可以分成主要四群:暫時性開啟細胞、持續性開啟細胞、暫時性關閉細胞、持續性關閉細胞,以及其他「聰明」視覺分析細胞。他們送出的訊息會直接送往視覺皮質。

但是每個研究生都會學到,外側膝狀核並不僅僅是轉接站。我們要讓他們了解這一點,因為他們必須了解到,對大自然來說,把整個核結構放在視網膜和皮質之間,除了傳遞相同的事情之外什麼都不做,是完全沒有意義的。我們從解剖研究中得知,外側膝狀核最大的資料來源並不是視神經,意外的是,從視覺皮質伸到外側膝狀核的軸突,比來自視網膜的軸突多得多,前者占了深入外側膝狀核軸突中的八成。有許多理論解釋這個現象,但是沒有人確實知道這樣龐大的回饋迴路的作用是什麼。有些時候事情就是這樣。

那麼,外側膝狀核的功用到底是什麼?有幾個傑出的實驗室同時記錄了視網膜中節細胞以及這些節細胞軸突連結到的外側膝狀核中之個別細胞。我向你保證,這得有很厲害的技術才能辦得到。那些科學家在貓和猴子中發現到,外側膝狀核其神經元的活躍模式的確和那些送來訊息的視網膜神經元很接近(在小鼠中也是如此,但是其中有一群細胞接收了非常多樣的訊息)。

科學家發現,外側膝狀核其神經元的活躍模式的確和那些送來訊息的視網膜神經元很接近。圖/Pexels

我們也很清楚外側膝狀核加強了邊緣強化的效果:變化交界的點在視網膜中受到強化,在外側膝狀核又更為加強。這種效果是由視網膜和傳遞路徑上的一些中介神經元的連接所造成的,那些中介神經元就是為了強化而存在的。邊緣強化的影響力非常大,在外側膝狀核中有些神經元只對邊緣附近有反應,而對於大片平滑的物體(缺乏邊緣)幾乎沒有反應。

在外側膝狀核中會發生的另一件事,是其他外來事件會讓資訊的力道加強或是減弱,特別是會影響到整個腦部興奮程度的事件。你睡覺的時候,從視網膜抵達皮質的資訊便減少了。這很合理,這就像是搭乘晚間飛機時戴上眼罩。外側膝狀核功能有更為精細的一面:當你的注意力放在不同地方時,外側膝狀核的運作也會隨著增強或減弱。我們認為,如果你的注意力集中在聽覺上,視覺處理便會減少,因此在相同的視覺刺激下,外側膝狀核傳到皮質的訊息會減少。外側膝狀核會編輯傳到皮質的訊息。

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時報出版_96
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出版品包括文學、人文社科、商業、生活、科普、漫畫、趨勢、心理勵志等,活躍於書市中,累積出版品五千多種,獲得國內外專家讀者、各種獎項的肯定,打造出無數的暢銷傳奇及和重量級作者,在台灣引爆一波波的閱讀議題及風潮。