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可可、草莓與開放基因組學(Open Access Genomics)

鄭國威 Portnoy_96
・2010/12/29 ・582字 ・閱讀時間約 1 分鐘 ・SR值 516 ・六年級

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圖片引用自Byte Size Bio部落格

Byte Size Biology部落格提到最近他在Nature Genetics期刊上讀到的兩則新基因組學研究發現,一是巧克力的原料「可可」(theobroma cocoa),另一個是草莓(woodland strawberry)。這兩種人類飲食中具有高貴甜蜜風味的植物基因組在聖誕節假期被解密, 並刊登在NG期刊上,不禁讓他覺得這期刊也懂得應景。

閱讀完兩篇論文後,他得知可可是常見的真雙子葉植物祖先的直屬後代,而可可並沒有什麼增加免疫力的奇效,所以當你看見這種食物包裝時還是審慎一點好。閱讀草莓基因組解密的論文,則讓他知道草莓的基因組非常小,只有七個染色體,是目前基因定序的植物中除阿拉伯芥以外最少的。

然而讓他最感興趣、也認為最重要的其實是草莓基因定序計畫的過程,根據論文內容,這項計畫是一個借用社群力量完成的開放近用(open access)基因組計畫,並不仰賴企業或政府提供主要資金。Kevin Folta在他的部落格Illumination中詳細介紹了草莓基因組定序計畫背後的精彩故事,過幾天PanSci會全文翻譯並介紹給大家。

相關報導:美味基因被破解 草莓、巧克力有望更yammy!

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鄭國威 Portnoy_96
247 篇文章 ・ 717 位粉絲
是那種小時候很喜歡看科學讀物,以為自己會成為科學家,但是長大之後因為數理太爛,所以早早放棄科學夢的無數人其中之一。怎知長大後竟然因為諸般因由而重拾科學,與夥伴共同創立泛科學。現為泛科知識公司的知識長。

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鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2022/11/01 ・2113字 ・閱讀時間約 4 分鐘

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鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
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從基隆進港的深海活化石中,意外發現新物種!——專訪國立臺南大學副教授黃銘志
Heidi_96
・2022/11/29 ・3887字 ・閱讀時間約 8 分鐘

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新種具足蟲,發現!

2019 年,國立臺南大學生物科技學系副教授 黃銘志 從基隆漁民手中獲得一批具足蟲。為了鑑定這些小傢伙的種類,黃銘志從日本換來兩隻大王具足蟲(B. giganteus),沒想到卻意外發現前所未見的新種——猶加敦具足蟲(B. yucatanensis)!

這到底是怎麼回事呢?別急,在我們看下去前,先告訴你一個具足蟲的小秘密。

具足蟲又稱為深水蝨,是居住在深海的甲殼類活化石。你可能沒聽過這兩個名稱,但如果你看過《風之谷》或是《星際大戰》(Star Wars),肯定對王蟲和黑武士有印象,而他們的原型就是具足蟲!

在宮崎駿動畫《風之谷》中,王蟲是守護腐海的生物。當他們憤怒時,眼睛會由藍轉紅。圖/スタジオジブリ
《星際大戰》系列電影的角色——黑武士的面具原型也是具足蟲!圖/Star Wars

既然不小心撈到了,那就抓來研究吧~

小秘密說完了,讓我們原地跳一下,回到 2019 年看看事情發生的經過。

當年七月,黃銘志在基隆正濱漁港採集到俗稱「金絲猴」的紅頭龍蝦,登錄為臺灣新記錄種「海神後海螯蝦(Metanephrops neptunus)」。此後,黃銘志就有和當地漁民保持聯繫。

臺灣新記錄種「海神後海螯蝦(Metanephrops neptunus)」。圖/TaiBNET

後來,有船長告訴黃銘志:「我抓到十隻具足蟲,你要不要?」

在基隆,具足蟲的漁獲量並不多,通常是拖網捕蝦附帶的戰利品。雖然東北角有很多販售具足蟲料理的店家,具足蟲吃起來也像龍蝦,但民眾還是喜歡吃真正的蝦子,所以具足蟲銷不出去,黃銘志就整批買了下來。

這時,問題來了!臺灣沒有具足蟲專家,而黃銘志本身也不是分類學家,要怎麼鑑定呢?沒辦法,只好自行摸索。

於是,黃銘志和日本新江之島水族館交換兩隻大王具足蟲,但這兩隻越看越不對勁,「⋯⋯怎麼其中一隻腰身比較細?難道是牠比較瘦、吃比較少嗎?」

「背景不同的人,就會用不同的視角看事情!」

後來,黃銘志想起赴日深造時,研究魚類基因演化、解析人體基因結構的經驗,就決定分析具足蟲的基因。從黃銘志的專業背景——分子生物學的角度來看,至少要採用兩種分析方法才夠,因為每個基因演化速度都不同,像具足蟲演化得很慢,基因差異不太明顯,就很難區分。

經過細胞色素 c 氧化酶亞基 1(COI)和 16S rRNA 分析後,黃銘志赫然發現很多 DNA 片段都不同。起初還以為是分析出錯,或是樣本破損,但重複試驗多次後的結果都一樣,黃銘志不禁感到困惑:「奇怪了,歐美研究大王具足蟲長達 140 年,有超過 1000 隻樣本,怎麼沒發現裡面可能有基因結構不同的個體?」

細胞色素 c 氧化酶亞基 1(COI)分析結果:第一行是猶加敦具足蟲,第二行是大王具足蟲。圖/Journal of Natural History
 16S rRNA 分析結果:第一行是猶加敦具足蟲,第二行是大王具足蟲。圖/Journal of Natural History

為了進一步梳理這些數據,黃銘志找來兩位分類學家助拳,一位是日本國際螯蝦學會的會長——甲殼類專家川井唯史(Dr. Kawai Tadashi),另一位則是澳洲昆士蘭博物館的無脊椎動物榮譽研究員——具足蟲專家尼爾.布魯斯(Dr. Niel L. Bruce)

不是這個專業,所以才能做到這件事

在三人正式合作前,黃銘志就大致完成這篇新種具足蟲的論文了,但後來,布魯斯發現了一個天大的錯誤,那就是黃銘志引用了某位印度專家錯誤的研究。

過去,也有中國學者引用這篇印度論文,指出印度洋海域有肯氏具足蟲(B. kensleyi)。黃銘志原先也以為是這樣,畢竟順著前人的研究比較不會有爭議,沒想到卻因此得出錯誤的推論。

第一次研究具足蟲,就要指正其他專家的研究,「老實說,我算哪根蔥?」黃銘志苦笑道。

為了修正錯誤,具足蟲的細部結構就交給布魯斯研究,再讓川井逐一比對、鉅細靡遺地畫下來。具足蟲演化較慢,所以每一種長得都很像,必須仔細觀察才能看出差異,比如鼻子的形狀、尾扇棘刺的數量、身體兩側的彎曲程度等等。

詹姆斯具足蟲(B. jamesi)和猶加敦具足蟲(B.yucatanensis)的身體(a)、頭部(b)、鼻子(c)和頭部側視圖(d)。圖/Journal of Natural History

雖然三人至今都沒有見過彼此,但當初為了辨別出不同的形態,他們互相傳了上千封信討論,才終於達成共識。回想這漫長的過程,黃銘志說:「那些圖都確認過十幾次了,意見不合也是常有的事,比如尾扇棘刺的數量要從哪裡開始數?」

黃銘志也提到,每種生物都有「種間變異」和「種內變異」。只要有變異,一定有不同的地方,但這些不同的地方可以直接判斷成不同種嗎?假如尾扇棘原本有 13 根,卻因為互相打鬥而斷了一兩根,是不是就要分成不同種?

詹姆斯具足蟲(B. jamesi)和猶加敦具足蟲(B.yucatanensis)的尾扇棘(c)。圖/Journal of Natural History

在這種情況下,由於形態非常接近,按照傳統分類學的做法,其實很容易將一整群可能摻雜不同種的樣本全都混為一類。因此,黃銘志認為最好的做法是從基因著手,用分子生物學的方法鑑定,而不是用個體的外觀差異判斷。

當分類學家多次比對不同樣本的外形,認為這不是大王具足蟲,而基因定序的結果也和資料庫既有的物種都不匹配的時候,就可以確認牠是未經發表的新種。

延伸閱讀:新種形成——秘中之秘

根據論文發表的結果,黃銘志最後將來自新江之島水族館的新種,以發現地墨西哥灣猶加敦半島(Yucatán Peninsula)為依據,命名為猶加敦具足蟲(B.yucatanensis)。

鑑定深海物種,有助於我們更認識深海

在十八、十九世紀時,科學家非常好奇深海到底有沒有生物,而如今,具足蟲就是活生生的鐵證,因此歐美國家非常重視具足蟲的學術價值。這些深海小傢伙證明了一件事:即使在光線微弱、水壓極高、溫度極低、幾乎沒有食物的環境下,還是有生物存在。

目前,我們對於月球的了解甚至還比深海多。布魯斯表示,陸生生物即使雜交,只要能產生有生殖能力的後代,原則上都可以算是同種,但水生生物並不完全遵循這個原則。

比方說,現在有很多鱘龍魚是雜交種,而且是不同種交配生下的、具有生殖能力的後代,這些不同的後代,都各自稱得上是新物種。按照這個邏輯,海洋時刻都有新物種誕生,是我們探索不完的神秘區域。

本篇論文的第三作者:尼爾.布魯斯。圖/ResearchGate

不過,相對於西方國家多半將具足蟲作為研究用途,東方國家比較在乎的反而是「這可以吃嗎?要怎麼料理才能變得更好吃?」

在日本,有一種零食就是將具足蟲磨成粉後加進仙貝,讓仙貝吃起來有蝦子的味道。黃銘志笑著說:「這很暢銷!」但也補充道,他在東京大學做研究時,實驗室有個傳統,那就是「當你研究某種生物的時候,你就不吃牠們,代表你對這種生物的敬意。」

關於具足蟲,還有哪些待解之謎?

這份耗時三年的研究,不但指正了前人的研究、改變了具足蟲近百年來的分類,也暗示著既有的「群模式樣本」或許有很大的問題。換句話說,目前已知的具足蟲種類不多,可能是分類錯誤造成的結果,說不定早就有很多種摻雜在其中了!

延伸閱讀:怎麼把牠們當成一樣的物種!物種分類出錯怎麼辦?——分類學家偵探事件簿(三)

在日本,鳥羽水族館有一隻具足蟲長達五年沒進食。目前仍沒有科學家著手細探背後的原因,而牠們的食物來源、繁衍方法,以及牠們如何在極端惡劣的深海環境生存,都是接下來必須進一步探究的課題。

舉例來說,紅色在深海是一種隱性色,而深海的甲殼類生物(比如甜蝦、天使紅蝦)體內通常帶有蝦紅素,使得體表呈現紅色,可以保護牠們不被天敵發現。可是,具足蟲的分布範圍深達數千米,體內卻沒有蝦紅素,煮熟後也不會像蝦子那樣變紅。

延伸閱讀:煮熟的龍蝦為什麼會變色呢?

此外,透過研究具足蟲,科學家可以更了解全球暖化對深海的影響、陸地上的重金屬和放射性物質沉進深海造成的衝擊,以及這些具足蟲是否可以取代龍蝦,成為新的食物選擇。

最近,南海的船長捕到了 80 幾隻具足蟲,黃銘志買下了形態看起來比較特殊的 10 隻,希望可以篩出更多新種,解開更多有趣的謎底。

延伸閱讀

參考資料

  1. Huang, M. C., Kawai, T., & Bruce, N. L. (2022). A new species of Bathynomus Milne-Edwards, 1879 (Isopoda: Cirolanidae) from the southern Gulf of Mexico with a redescription of Bathynomus jamesi Kou, Chen and Li, 2017 from off Pratas Island, Taiwan. Journal of Natural History, 56(13-16), 885-921.
  2. 交換日本水族館具足蟲 南大發現深水蝨新物種|生活|中央社 CNA
Heidi_96
7 篇文章 ・ 12 位粉絲
PanSci 編輯部角落生物|外語系還沒畢業,潛心於翻譯與教學,試圖淡化語言與知識的隔閡。

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鑑識故事系列:對花粉過敏,卻吞桃自盡?!
胡中行_96
・2022/10/13 ・1821字 ・閱讀時間約 3 分鐘

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高 176 公分,重 57 公斤,身上多處刺青,雙臂有頻繁注射的疤痕。曾經是個毒蟲兼老菸槍的他,7 年前因持有並販賣毒品遭到判刑;如今,這名阿爾巴尼亞男子 30 歲了,依然被關在義大利米蘭的監獄裡。低安全等級的牢房,每間容得下兩個受刑人。最近前獄友刑期剛滿,床位尚且無人替補,所以過去二天他都獨自一人。長期低落的情緒缺乏出口,而他基於良好表現所獲得的特別待遇,也不過就是打掃飯廳的機會。[1]

他勢必得用萬無一失的方法,脫離困境:用完餐後,穿著囚衣的他靜靜地躺下。當獄方打開房門,眼前竟是一具屍體。三天後,鑑識團隊奉命驗屍。[1]

死者身上無明顯外傷,呼吸道也沒有阻塞。口腔與唇黏膜輕微充血(hyperaemia);肺、肝以及腎臟鬱血(congestion);[註]而氣管與支氣管流著泛紅的黏液和血液。150 毫升的胃部內容物中,包含部份消化的帶皮植物性殘渣。此外,根據醫療紀錄,他生前患有氣喘,對花粉過敏,但平時沒有服用任何藥物。以上線索都不足以用來推論確切的死因。[1]

該名阿爾巴尼亞受刑人的口袋裡,有一張手寫的字條提到「我受夠了」、「我過敏」,還有最重要的「我吃了已知能自殺的東西」。在與獄方既有的文件比對後,確認二者筆跡相符,確實為他親筆所寫。鑑識團隊做的血清分析,也證實他的 IgE 抗體濃度偏高。這就耐人尋味了:IgE 抗體是診斷過敏反應的指標[1]既然監獄中理論上沒有花粉,除非有人偷渡進來,不然就是死者還有不為人知的過敏原?

他生前最後一餐吃剩的桃子,擺在身旁。這一點和花粉過敏的病歷,給了鑑識團隊一個靈感,並決定朝此方向,縮小調查範圍:檢驗與桃子以及樺樹有關的特定 IgE 抗體。[1]

花粉食物過敏症候群患者,同時對特定花粉和食物過敏。圖/charlesdeluvio on Unsplash

花粉食物過敏症候群(pollen food allergy syndrome)是一種同時對特定花粉和食物過敏的毛病。[2]其中樺樹果實症候群(birch-fruit syndrome)的意思,不是說吃了樺樹的翅果會出事,而是對樺樹花粉以及桃子、梨子、李子、蘋果、草莓、櫻桃、杏桃和杏仁等薔薇科(Rosaceae)的果實過敏。[2-4]此症患者多半會在食用上述果實後的 5 至 15 分鐘內,出現發炎反應[3]不過,也不是每個對樺樹花粉過敏的人,都不能碰此類果實。樺樹果實症候群的盛行率,還有這兩種過敏原之間的關係,在各地差距甚大。比方說,美國有 75.9% 的樺樹花粉過敏者,吃蘋果也會產生症狀;丹麥 34%;而義大利只有 9%。[4]為了預防發作,盡量避開這些果實是最簡單的作法。但有趣的是,其實果實只要被煮過了,例如:製成果醬,患者通常便可盡情享用,不會有事[2, 3]

話說回來,如果食用者是刻意藉此自殺,那存活率就看個人造化了。花粉食物過敏症候群所造成的症狀,一般侷限在食物觸碰到的範圍,例如:嘴巴、嘴唇、舌頭和喉嚨等部位,會腫脹或搔癢。[2, 5]這些症狀大多不會維持太久,因此無需用藥治療。[2]偏偏就有那麼倒楣的少數人,光是吃顆桃子,便會腹痛、腹瀉、嘔吐、氣喘、咳嗽,還有皮膚紅疹和眼皮浮腫;更誇張的話,甚至會血壓下降,並產生致命的休克現象。[3]

最後,鑑識團隊從桃子和樺樹特定的 IgE 抗體濃度,確定這名阿爾巴尼亞囚犯應該是嚴重過敏患者。[1]他在不會被及時搶救的狀況下,成功地吞桃自盡。

  

延伸閱讀

你知道你有可能對倉鼠或壁蝨過敏嗎?Alpha-gal 症候群會帶來什麼樣的過敏症狀呢?

備註

充血(hyperaemia)是發炎反應中,主動增加輸入的血液所致;而鬱血(congestion,又譯「被動充血」)則是減緩的回流,造成血液被動聚積。[6]

參考資料

  1. Tambuzzi S, Gentile G, Boracchi M, et al. (2021) ‘Postmortem diagnostics of assumed suicidal food anaphylaxis in prison: a unique case of anaphylactic death due to peach ingestion’. Forensic Science, Medicine, and Pathology, 17, pp. 449–455.
  2. Pollen Food Allergy Syndrome’. (21 MAR 2019) American College of Allergy, Asthma & Immunology.
  3. Manchester Academic Health Science Centre. (18 OCT 2006) ‘Allergy information for: Peach (Prunus persica)’. The University of Manchester.
  4. Wang J. (2013) ‘Chapter 12 Oral Allergy Syndrome’. In Metcalfe DD, Sampson HA, Simon RA, Lack G (Eds.), Food Allergy: Adverse Reactions to Foods and Food Additives. John Wiley & Sons.
  5. Kim JH, Kim SH, Park HW, et al. (2018) ‘Oral Allergy Syndrome in Birch Pollen-Sensitized Patients from a Korean University Hospital’. Journal of Korean Medical Science, 33 (33): e218.
  6. López A, Martinson SA. (2017) ‘Chapter 9 – Respiratory System, Mediastinum, and Pleurae’. Pathologic Basis of Veterinary Disease (Sixth Edition), pp. 471-560.e1.
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胡中行_96
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曾任澳洲臨床試驗研究護理師,以及臺、澳劇場工作者。 西澳大學護理碩士、國立台北藝術大學戲劇學士(主修編劇)。邀稿請洽臉書「荒誕遊牧」,謝謝。