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素顏 V.S. 狂犬病病毒-你在乎的是動物權還是米格魯?

陸子鈞
・2013/08/18 ・5078字 ・閱讀時間約 10 分鐘 ・SR值 538 ・八年級

國小高年級科普文,素養閱讀就從今天就開始!!

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為了要了解鼬獾狂犬病病毒是否會傳染給狗,農委會決定找14隻米格魯注射從染病鼬獾體內得到的狂犬病病毒。在媒體報導之後,此舉遭來不少「關心動物福利」的民眾批評。但我很好奇,反對米格魯接受病毒測試的人,平常擦不擦粉底或者會不會塗睫毛膏?

你可能會說「少在那裡模糊焦點,化妝跟狂犬病毒測試有什麼關係?」在我看來,基於動物福利立場反對這項實驗的人,如果有化妝,也該注意這些產品使用的成份,因為很多化妝品也是經過殘酷的動物實驗才得以給人使用(其實不只化妝品,還有很多生活用品也有動物測試,只是化妝品常特別被討論)。相比之下,化妝品和防疫,哪項動物實驗才算是「合理使用」?

來談為什麼測試狂犬病感染要注射病毒到這麼可愛的米格魯身上。要測試狂犬病病毒會不會在不同族群或不同物種之間傳染,普遍的作法就是病毒接種(關鍵字可以查:virus inoculation)。像是五月底一篇發表在PLoS ONE的研究 [1],為了測試圈養的蝙蝠會不會感染狂犬病,就注射了病毒;二月還有一則研究將蝙蝠的病毒株注射到老鼠身上 [2];2009年在蝙蝠不同部位注射 [3](如果這次在台灣是做這項測試,很可能不會有什麼人反對);1998年給雪貂(Mustela putorius furo)注射浣熊的狂犬病疫苗 [4];1984年 [5]還有1982年 [6] 分別有實驗替47隻、40隻米格魯注射了狂犬病病毒  ……還有很多注射狂犬病病毒的研究,顯示這是實行以久而且目前還很普遍的實驗方法。

蝙蝠也很可愛吧?就算不可愛,跟米格魯一樣也是生命。
蝙蝠也很可愛吧?就算不可愛,跟米格魯一樣也是生命。

即使是疫苗在廣泛應用於動物之前,也會先找一定數量的動物來測試。像是2008年為了要測試兩種商品化疫苗的效果,研究團隊找了40隻健康的狗,從咀嚼肌直接注射狂犬病病毒,再施打疫苗或者安慰劑,然後觀察90天 [7]。2008年也有讓幼貓接種疫苗後注射狂犬病病毒的研究 [8]。

因為米格魯普遍被用來作為家犬的諸多科學實驗,所以這次測試鼬獾的狂犬病病毒對狗的感染性會需要米格魯。不論是米格魯、白鼠、果蠅、蟑螂、線蟲、斑馬魚……試驗用的動物都有固定品系,可以減少不同品系影響實驗結果的可信度;如果有人顧慮試驗用的米格魯因為「近親繁殖」所以得到的實驗結果不可信,那真的是對生物實驗的誤解。

而且米格魯不只代表家犬,人類的很多病理及藥理測試也會利用米格魯作動物試驗。光是英國,根據官方統計,2012年就有超過3000隻米格魯參與超過4600件各種科學研究計畫;這還是在重視動物權的歐洲國家的情況。和美國相比,歐洲除了有動物權團體長期鼓吹重視動物權之外,政府在法令上也有一定的配合,像是從2009年起,歐盟就禁止利用活體動物從事化妝品試驗,2013年還全面禁止販售經動物試驗的化妝品

rabbit-05被用來測試化妝品安全性的動物除了狗之外,還有貓、白鼠、天竺鼠、兔子、猴子;而最具爭議的實驗方法就是LD50,還有Draize test。

 LD50(Lethal Dose, 50’)簡單來說就是會毒死一半動物的劑量,是毒性的指標。比方說找來五群蟑螂,每群各20隻,分別餵食不同濃度的殺蟲劑,看看哪個劑量會讓10隻蟑螂死亡,那個劑量就是LD50。當然,應用於其他研究就是把殺蟲劑換成不同數量的病毒、或者不同濃度的化妝品,然後改用其他動物測試-像是兔子、米格魯。

Draize test是要測試當你化頂天長睫毛膏的時候,如果不慎滴入眼睛會造成什麼傷害。礙於法規而且沒有水水自告奮勇當受測活體,所以化妝品廠商就找來不塗睫毛膏的兔子來做測試。(睫毛膏只是舉例,其他產品也會做Draize test)

這些兔子只露出頭不是要變魔術,而是要測試化妝品。
這些兔子只露出頭不是要變魔術,而是要測試化妝品。

其他還有像是測試塗在皮膚會不會怎樣啦,塗了以後照到紫外線會不會有副作用啦,誤食會怎樣啦……等等測試。去年在倫敦攝政街上還有一齣表演,就是希望引起大家重視化妝品的動物試驗,推行「Cruelty-free」的理念。自從我從這部短片知道化妝品動物試驗議題之後,就對網路上每天號招網友去收容所接貓狗回家養、同時又抹多種化妝品的水水感到不以為然。

重視動物試驗的朋友,可以注意產品上是否標註Cruelty-free標籤,不只是藥妝品,包括家用清潔劑、衣鞋、保險套、蠟燭。想知道哪些品牌有獲得認證,可以參考Cruelty Free International發佈的清單

NoAnimalTesting
Cruelty-free標籤

再回到米格魯接種狂犬病病毒的幾個爭議:

  • 為什麼已經確定會感染所有溫血動物的狂犬病病毒,還要「多此一舉」作這次的試驗?因為「狂犬病病毒能感染所有溫血動物」是一個很模糊的概念,不能拿來作為制定防疫策略的根據,還要知道動物感染會不會發病,或者只是「保毒物種」(reservoir)?如果狗咬了染病的鼬獾,病毒進入狗體內之後會不會讓狗死亡?帶著的病毒能不能再傳給其他狗或其他動物?沒人知道,當然就缺一個科學證據。
  • 14隻米格魯得到的實驗結果具代表性嗎?我不知道。但耙梳了一些接種實驗後,我認為樣本數14如果具代表性,相較於動輒數十隻的研究,農委會已經做到3R原則-取代(Replacement)、減量(Reduction)、精緻(Refinement)裡的「減量」了。
  •  實驗結束後要安樂死取腦切片樣本?因為狂犬病的生活史,在感染初期無法有效檢測出抗體或者RNA,要100%確定染病,就必須檢驗腦部切片 [9]。聽起來很糟?那麼為什麼被錢鼠咬到,就可以很直覺地打死牠然後送去檢驗
  • 為什麼不拿官員作試驗?因為官員和動保人士一樣都是Homo sapiens,接種鼬獾的狂犬病病毒到人身上的意義是「人被染病的鼬獾咬到或者人咬了染病的鼬獾會得到狂犬病病毒嗎?」。顯然這不是常見的染病途徑;狂犬病的感染途徑多是人類被染病的貓狗咬傷。所以即使有勇士願意接受病毒接種試驗,又法規允許,也無法取代米格魯。

那麼除了狗,貓有需要接種試驗嗎?這我不是防疫專家,不能下定論。但是從以下兩點來看,似乎沒有比狗還有急迫性,第一:雖然淺山地區有野貓活動,鼬獾的分佈又很普遍,但是根據台大生演所李培芬教授整合鼬獾分布資料及狂犬病確診位置,目前染病鼬獾主要分布在中南部,而且根據林務局委託屏科大的調查發現,在新竹、苗栗淺山地區的鼬獾,出現頻率和家貓有明顯的負相關性,也就是家貓和鼬獾接觸的機會較小。第二:貓也相較狗來得不主動親近或攻擊人,狂犬病由鼬獾傳給貓再傳給人的機會較小。但如果染病鼬獾出現在淺山有人、貓聚集的地點-好比侯硐呢?

這次針對米格魯接種病毒的某些反對聲浪,除了再度凸顯對生命雙重標準之外,也顯示部分族群在大聲疾呼「重視生命」的同時,卻缺乏對這世界的認識,殊不知他的生命是建構在多少其他生命的犧牲上。在喊著救救貓狗之前,先讓自己對這世界的認識比臉上的彩妝還厚吧,否則戴著不只是妝堆起來的假面,也是偽善的假面。

相關正反資料(依時間序排列):

引用文獻:

  1. Davis AD, Jarvis JA, Pouliott C, Rudd RJ (2013) Rabies Virus Infection in Eptesicus fuscus Bats Born in Captivity (Naïve Bats). PLoS ONE 8(5): e64808. doi:10.1371/journal.pone.0064808
  2. C. Ndaluka, R. Bowen (2013) Responses of mice to inoculation with low doses of a bat rabies virus variant. Arch Virol 158:1355–1359
  3. C. Freuling, A. Vos, N. Johnson, I. Kaipf, A. Denzinger, L. Neubert, K. Mansfield, D. Hicks, A. Nuñez, N. Tordo, C. E. Rupprecht, A. R. Fooks, and T. Müller (2009) Experimental infection of serotine bats (Eptesicus serotinus) with European bat lyssavirus type 1a. J. Gen. Virol. 90: 2493-2502.
  4. Niezgoda M, Briggs DJ, Shaddock J, Rupprecht CE. (1998) Viral excretion in domestic ferrets (Mustela putorius furo) inoculated with a raccoon rabies isolate. Am J Vet Res. 59(12):1629-32.
  5. Fekadu, M., & Shaddock, J. H. (1984). Peripheral distribution of virus in dogs inoculated with two strains of rabies virus. Am J Vet Res, 45(4), 724-729.
  6. Fekadu, M., Chandler, F. W., & Harrison, A. K. (1982). Pathogenesis of Rabies in Dogs Inoculated with an Ethiopian Rabies Virus-Strain – Immunofluorescence, Histologic and Ultrastructural Studies of the Central Nervous-System. Archives of Virology, 71(2), 109-126. doi: Doi 10.1007/Bf01314881
  7. R. Manickam, M.D. Basheer, R. Jayakumar, Post-exposure prophylaxis (PEP) of rabies-infected Indian street dogs, Vaccine, Volume 26, Issue 51, 2 December 2008, Pages 6564-6568.
  8. Reese, M. J., Patterson, E. V., Tucker, S. J., Dubovi, E. J., Davis, R. D., Crawford, P. C., & Levy, J. K. (2008). Effects of anesthesia and surgery on serologic responses to vaccination in kittens. Javma-Journal of the American Veterinary Medical Association, 233(1), 116-121.
  9. William H. Wunner, and Alan C. Jackson. Diagnostic Evaluation: POST-MORTEM DIAGNOSIS OF RABIES IN ANIMALS in Rabies: Scientific Basis of the Disease and Its Management. p. 413

 

【8/19 10:00 回應】

謝謝大家熱烈的回應,還有補充了不少資訊,讓更多人可以更了解這議題。

我這在一併針對本文幾項爭議回覆:

1. 拿化妝品動物試驗來切入討論,忽視重視「Cruelty-free」的動保人士。

我有認識也非常欽佩為了動物福利,可以犧牲自己諸多方便的動保人士。他們不只為動物的苦難發聲、會盡可能挑選「Cruelty-free」認證的產品、甚至連吃素也會去釐清農產品種植過程是否有壓縮到野生動物的棲地或食物。

但我這篇文章通篇不是談「動保人士」而是「基於動物福利立場反對這項實驗的人」及「某些族群」。請真正身體力行愛護動物的族群,不要認為這篇文章誤解了你,反倒該因為自己有知行合一而為自己感到驕傲。

這篇文章針對的對象是喊著愛護動物、但事實上只在乎幾種他偏好的動物的族群。如果仔細檢視這些族群,可以找出很多和「愛護生命」矛盾的發言,因為缺乏對倫理、文化、哲學、科學的思考,單純只是愛某些動物。這些常見的矛盾我在文章中已經有很多著墨,就不在這贅述。

2. 為什麼要拿化妝品試驗作例子,有無性別歧視之嫌?

我構想這篇文章要從「對生命的雙重標準」切入來談這次的病毒接種試驗。我認為,為了人類福祉的動物試驗有不同光譜;光譜的最右邊,是為了人類集體福祉,像是糧食、防疫,中間可能是醫療、對自然的探索,左邊可能是和人類生存沒有直接關係的議題,像是化妝品。而我挑了和防疫相極端的化妝品試驗,是希望更凸顯「雙重標準的荒謬」。

而挑選「化妝品」作為對照,並不是要特定針對女性,因為男性也用藥妝品(但應該沒有調查顯示男性化妝品市場大於女性化妝品市場)。另外,就我在網路上的觀察,會關注收容所動態、呼籲網友前往領養的網路使用者,多半是女性(當然你也可以說可能是因為我追蹤的用戶多為女性才產生的取樣誤差)。而「使用化妝品」及「領養收容動物」之間,可能存在「對生命的雙重標準」,故會在此文章中討論。

3. 舉了這麼多接種病毒的科學研究就代表動物試驗是應該進行的嗎?

「人類該不該從事動物實驗」是個非常大的議題,這篇只是要討論在遇到「不確定感染狂犬病毒是否會發病」時,科學家該作哪些試驗提供哪些資訊,所以列舉的研究都是針對狂犬病試驗。

另外可以比較的是,今年年初為了判定高病源性禽流感,也對雞隻進行了病毒注射 ,但是沒引發這麼大的爭議。

4. 為什麼要寫這篇有立場的文章?科學不是該客觀中立嗎?

我認為良性的資訊環境,應該是多方資訊並存,可供大家比較、分析、思考,但這次的米格魯接種病毒風波,資訊一面倒向「反對接種試驗」的一方;「支持接種試驗」的聲音沒被看見,也就沒有足夠的資訊讓大家思辨出「該不該作這樣試驗」。

假如今天只有「支持接種試驗」的聲音,那麼這篇文章就會是舉出許多「不必要作這項試驗」的資訊。

「科學不是該客觀中立嗎?」有這樣疑惑的人大概誤解科學了;什麼是「客觀中立」呢?我認為「科學是不同立場拿出證據來辯證的過程」,科學不代表「正確」。可以參考以下兩則文章:

也很歡迎「反對米格魯接種病毒試驗」的夥伴,整理相關的科學資訊,發表於PanSci泛科學,透過正反辯論,讓更多人了解這議題更完整的面貌。

5. 很遺憾在泛科學看到這種文章

有「遺憾」一定是預期和現實有落差,不知道有這樣想法的朋友對於泛科學的預期是什麼?

誠如上述提到的,科學不代表「正確」,所以泛科學也不可能提供「正確」的資訊,而是提供多方可供檢驗的科學資訊,供大家討論。每則專欄及投書的專家,都有自己的專業及經驗,在我來看泛科學就是收集了這些寶貴又一定不夠完整的資訊,才能拼出事情的全貌。

如果失望的是發文的作者有個人觀點,那麼可以參考我的回應點4-我認為「科學是不同立場拿出證據來辯證的過程」,而這篇文章在呈現我個人看法時,確實都有可供查驗的資訊來源。


最後我要再強調一下,這篇文章不是希望能左右14隻米格魯的命運,而是提供正反論辯的材料,同時點出在討論愛護動物時,可能犯「對生命的雙重標準」的錯誤。

如果有不同看法,也歡迎在「可供查驗的資訊」基礎上,撰文投稿到PanSci泛科學。

文章難易度
陸子鈞
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Z編|台灣大學昆蟲所畢業,興趣廣泛,自認和貓一樣兼具宅氣和無窮的好奇心。喜歡在早上喝咖啡配RSS,克制不了跟別人分享生物故事的衝動,就連吃飯也會忍不住將桌上的食物作生物分類。

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生兒子還是生女兒?動物性別決定靠光線、細菌、掉落地點,與腳程快慢!
Mirror Voice_96
・2022/09/28 ・3523字 ・閱讀時間約 7 分鐘

本文轉載自 鏡好聽—知識好好玩節目

人類的性別,男女的比例接近 1:1,那其他動物也是如此嗎?我們是由染色體決定性別,大自然中又有哪些讓人意想不到的性別決定方式?由鏡好聽攜手國立自然科學博物館館長焦傳金博士,共同製作的 Podcast《動物好好玩》第三季第二集中,就談到了動物各種奇特的性別決定模式。問題看似簡單,但其實,動物界中有很多我們意想不到的性別決定方式!

以下文章摘自節目中的精彩內容:

動物的生殖系統不只 XY,還有 ZW、X0、 Z0 !

以人類而言,我們是由性染色體決定性別。雄性是 XY,雌性是 XX。

在現今的哺乳動物中,Y 染色體的長度遠小於 X 染色體,因此 Y 染色體上的基因數量遠少於 X 染色體。不過大約 1 億 6 千萬年前,XY 染色體上的基因數量是一樣的,但因為 Y 染色體上突變出一種性別決定基因,因此讓它出現差異。

人類男性的核型;可明顯看出,Y 染色體的長度遠小於 X 染色體(右下最後一對)。圖/維基百科

這個性別決定基因出現在 Y 染色體之後,它就跟其他成對的體染色體不同,也因此無法藉由基因重組,來互相交換遺傳訊息,即使有了缺損也無從補充。這導致了 Y 染色體持續退化,長度越來越短,基因數量也越來越少。目前人類的 Y 染色體長度已經不到 X 染色體的三分之一,基因數量也有很大的差別。

根據這樣的推論,未來 Y 染色體是否會完全退化消失呢?雖然我們無法預期人類 Y 染色體的命運,但已有學者發現,日本刺鼠和鼴田鼠已經完全失去了 Y 染色體,只剩下 X 染色體。他們雖然仍可正常維持雌雄兩性,但性別決定基因究竟是在哪一個染色體上,目前還沒有研究出來。

不過,生物界不只有 XY 系統,還有 ZW、X0 與 Z0 系統。在 XY 系統中,XX 是雌性、XY 是雄性,由 Y 染色體 /雄性來決定性別。但 ZW 系統則相反,ZZ 是雄性、ZW 是雌性,性別由 W 染色體決定,也就是雌性決定。鳥類就是屬於這一種系統,包括雞、鴨,另外蠶寶寶也是屬於這種 ZW 系統。

雞屬於 ZW 系統。圖/Pexels

至於 X0 ,意思是這個系統只有一個 X 染色體,沒有 Y 染色體,0 代表沒有。他們是由精子中是否有 X 染色體來決定性別,因為每一個卵一定有 X 染色體,當受精卵中有兩個 X 染色體,XX 為雌性,而X0 則為雄性。蝗蟲、蟋蟀這些直翅目昆蟲,都是屬於 X0 系統。

Z0 系統則相反,ZZ 是雄性、Z0 是雌性,決定關鍵在於卵中是否帶有 Z 染色體,也就是由雌性來決定性別。目前科學家已經發現,鱗翅目的昆蟲,像是夜間的蛾類就是屬於 Z0 系統。

霸氣女王蜂的儲精囊,還有靠積分制決定性別的劍尾魚

但昆蟲作為地球上種類與數量最多的生物,他們還有許多複雜多樣的性別決定方式。

決定蜜蜂性別的關鍵在於是否受精。圖/Pexels

像是蜜蜂大部分都是母的,但一個蜂巢中只有女王蜂有生殖能力,每年到了交配的季節,女王蜂就會離開蜂巢進行「婚飛」,與雄性的蜜蜂在空中交配。交配後的精子會暫時存放在女王蜂的儲精囊,由女王蜂決定是否讓她的卵受精。如果是受精卵,就會變成雌性的蜜蜂或是「工蜂」;沒有受精,則是雄性的蜜蜂。因此,決定蜜蜂性別的關鍵在於是否受精。生男或生女,通通由女王蜂自己做主!

除了蜜蜂,其他的社會性昆蟲,例如:螞蟻或白蟻,也都很類似,由受精與否的染色體數量來決定性別。如果有受精而獲得成對的染色體,就是雌性;沒有受精,只有一半的染色體,就會發育成雄性。

還有一些魚類也很特別,例如:劍尾魚和多種吳郭魚,他們不是全靠性染色體來決定性別,而是合成加總。因為細胞中的其他染色體上,也有性別決定基因,因此,決定性別的方式是看基因總量,如果受精卵中所有決定雄性的基因總量,超過了決定雌性基因的總量,就會發育成雄性,很像是比賽的積分制,哪邊多就脫穎而出。

總而言之,雖然有些動物是 Y 染色體決定,有些是 W 染色體,但這些都是由基因決定。這種生殖方式,性別比例通常是固定的。但還有另外一些動物,他們決定性別的方式就非常彈性!

更彈性的性別決定方法:氣候、光線、掉落地點

烏龜的性別是根據環境條件決定的。圖/Pexels

地球上早期演化成功的爬行類,如烏龜或蜥蜴,出生性別會由環境中的溫度來決定,換句話說,精卵結合時還是性別不明的狀態,等到胚胎中的性器官要發育,才會根據環境條件決定會生出男寶寶或女寶寶。

這是因為對這些動物來說,最好的生存策略,就是在氣候最合適的時候誕生體型比較大的雌性,這樣就可以在食物充份下,產生最多的卵,讓族群能夠大量繁殖。反之,若環境條件較差,則產生體型比較小的雄性,因為精子含的養分較少,細胞也較小,就算是惡劣的環境下也能產生足夠數量的精子,讓族群延續。

以海龜來說,海龜蛋要孵化時,沙灘與周圍環境的溫度會決定小海龜的出生性別。假如環境是 20℃ ~27℃ ,孵化出的全部都是雄性海龜,若是 30℃ ~到 35℃ 下,孵出來的小海龜則都是雌性,在 28℃ ~29℃ 之間,雌性與雄性的比例會各半。簡單來說,高溫環境會生出母海龜,低溫環境會生出公海龜,也就是所謂的「辣妹與酷哥」。

不過,也不是所有爬行類動物都是「辣妹與酷哥」型。鱷魚就剛好相反,他們的胚胎在 30℃ 以下孵化出的幾乎都是母鱷魚,若高於 32℃ 則大部分是公鱷魚。沙漠中的陸龜或蜥蜴也很類似,低溫時才會產生雌性。因為在沙漠中,高溫會造成食物缺乏,所以在低溫的雨季更適合生出雌性,讓族群大量繁殖。

除了溫度之外,還有一些動物非常特別,性別是由光線決定。例如,中國特有的揚子鱷 (又稱做中華短吻鱷),主要分佈在長江中下游地區,是世界上體型最細小的鱷魚之一。如果巢穴在潮濕陰暗的地方,就會孵化出較多的母鱷魚;若巢穴能曝曬到太陽,就容易生出公鱷魚。

揚子鱷是中國國家一級保護動物;IUCN 列為極危物種。圖/維基百科

寄生蟲又是另一種類型。他們的性別也會受到環境影響,但對寄生蟲來說,環境其實就是宿主的養分多寡。例如:許多線蟲是靠營養條件來決定性別,他們通常在性別未分化的幼齡期,就侵入了宿主體內,要是感染率低,也就是線蟲數量還不多、營養條件比較好時,多數線蟲會發育成雌性;但當感染率高,營養條件開始變差了,大部分就會發育成雄性。

還有一種生物更神奇,竟然是由另一種寄生的生物來決定性別。或許有人聽過一種叫做「鼠婦」的動物,他們是陸地上的甲殼類動物,生活在潮濕陰暗的環境,因為外型可愛,受到驚嚇時會捲成一團,所以也被當作懶人寵物來飼養。

鼠婦的性別是 ZW 系統, ZZ 發育成雄性,ZW 成為雌性。但有一種稱做「沃爾巴克體」的微生物會感染雌性的鼠婦,進而干擾雄性胚胎的生殖器官發育,讓所有的胚胎都變成雌性,就算染色體是 ZZ 也一樣。這樣一來,能決定性別的就不再是 W 染色體,反而由胚胎是否被細菌感染來控制。

最後,還有一種隨機的性別決定方式。有些寄生的甲殼類動物,他們竟然是用先後順序來決定性別。跑得比較快、先到達宿主的幼蟲,長得比較大,會發育成雌性;若腳程慢、更晚到達宿主的幼蟲,長得比較小,則發育成雄性。另外呢,有一種綠海洋蠕蟲更加隨興,就只看幼蟲掉在哪裡,如果直接掉在海底就發育成雌性,要是掉在雌性身體上則變成雄性,完全由命運隨機做主!

從動物的性別決定方式,不僅能看到不同的生殖策略,同時也影響了一個族群的性別比例。性染色體決定了哺乳類與鳥類胚胎的雌雄,爬行類動物的性別則由環境決定。這些性別決定模式,會影響一個族群的雌雄比例,也因此並非每一種動物都像人類一樣,男女比例大約是1:1,當雄性比較多或雌性比較多的時候,動物的生殖策略就會產生不一樣的應對變化。

《動物好好玩》收錄於 Apple PodcastSpotify 中的《知識好好玩》系列,歡迎關注追蹤,收聽更多精彩內容。

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鏡好聽長期經營「知識好好玩」Podcast,找來各領域的專家、教授,分享包含動物、哲學、犯罪心理學、物理等知識。

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長達 5 億年的空白:真核生物從何而來?「洛基」是人類起源的解答嗎?──《纏結的演化樹》
貓頭鷹出版社_96
・2022/08/06 ・2927字 ・閱讀時間約 6 分鐘

國小高年級科普文,素養閱讀就從今天就開始!!

有細胞核的真核細胞,究竟從何而來?

當渥易斯去世時,還在爭議中的最大謎團之一便是真核細胞的起源,也就是說,我們生命最深處的開端,直至今日仍然沒有定論。

當時真核細胞的起源目前還沒有一個定論,不過可以確定的是,粒線體扮演著相當關鍵的角色。圖 / Pixabay

如果像渥易斯在一九七七年宣布的那樣,存在三個生命領域,其中一個領域是真核生物,包括所有動物、植物、真菌,和所有細胞裡面含有細胞核的微生物,那麼這個最終演化出人類和我們可見的所有其他生物的譜系的基礎故事是什麼?是什麼讓真核生物如此不同?

是什麼讓牠們走上如此不同的道路,從細菌和古菌的微小和相對簡單,走向巨大而複雜的紅杉、藍鯨和白犀牛,更不用說人類和我們對地球的所有特殊貢獻,像是美國職棒、抑揚五步格和葛利果聖歌?哪些部分以及哪些過程組合在一起,形成了第一個真核細胞?

如此重大的事件大概發生在 16 億到 21 億年前之間。這個足足有 5 億年之久的窗口,反映當前科學不確定性的程度。

最關鍵的線索?粒線體與「內共生理論」

不同陣營的意見強烈分歧,都提供了一些假設。

岩石中早期微生物形式的化石證據,並沒能提供多少解答,科學家還是從基因體序列中發掘出更精確多樣的線索,並且其中一些線索仍然來自 S 核糖體 RNA,這要歸功於渥易斯當初的洞察力,以及後來四十多年間他的追隨者的心血。

但是這些數據的涵義為何則見仁見智。現在所有的專家都同意,當年內共生作用發揮了重要作用:不知何故,某個細菌被另一個細胞(宿主)捕獲並且在體內被馴化,然後成為粒線體

它們一旦存在早期真核細胞中並且數量變多後,就會提供大量能量,遠遠超出當時可用的任何能量,讓這些新細胞可以增加體積與複雜性,進而演化成多細胞生物。

粒線體的構造,成為了生物學家探索原生生物起源的重要線索。圖/Elements Evato

複雜性增加的一個顯著特徵,就是控制,特別是對遺傳材料的控制。

從生命的起源之地尋找答案——前往深海

更具體地說,這意味著將每個細胞的大部分 DNA 包裝在一個內部胞器中,也就是由膜包圍住的細胞核。

因此,真核生物起源之謎包含三個主要問題:

一,原始宿主細胞是什麼?

二,粒線體的獲取是否觸發了最關鍵的變化?或者,是由它引起的嗎?

三,細胞核是從何而來的?

更簡化的提問方式則是:一個東西跑到另一個東西裡面,形成複雜之類的東西?這些「東西」到底是什麼?

關於前兩個問題,最近的新證據來自一個意想不到的地點:大西洋底部。它來自於格陵蘭和挪威之間,一個近兩千四百多公尺深的區域所挖掘出的海洋沉積物,這地區附近有一個稱為洛基城堡的深海熱泉。

洛基是北歐神話中既狡猾又會變形的神;挪威主導團隊在發現這個熱泉後取了這個名字,因為這個礦化的噴口看起來就像一座城堡,而且所在位置難以尋找。

為了尋找證據,科學家將目光投向了一般生物無法安然生長的海底熱泉,而科學家也把這個發現洛基古菌的地點命名為「洛基城堡」(Loki’s Castle)。圖 / Youtube

他們與其他科學家一起分析這些海洋沉積物裡面所包含的 DNA,發現這代表了一個全新的古菌譜系,這些細菌的基因體與已知的任何東西都截然不同,似乎代表一個獨特的分類門(門是非常高的分類位階;比方說,所有脊椎動物都同屬於一個門)。

帶領這項基因體研究的生物學家,是任職於瑞典一所大學的年輕荷蘭人,名叫艾特瑪。他結合深處城堡和狡猾神祇的語義,將這個族群命名為洛基古菌

全新的發現!最接近真核生物的古菌:洛基古菌

艾特瑪團隊於二〇一五年公布這項發現。這項發現具有廣泛報導的價值,因為洛基古菌的基因體,似乎與我們人類譜系起源的宿主細胞非常接近。

實驗室培養出來的洛基古菌在顯微鏡底下的樣貌。圖 / biorxiv

《華盛頓郵報》的一則標題說:「新發現的『失落的環節』顯示人類如何從單細胞生物演化而來。」這些從深海軟泥中提取的古菌,真的是二十億年前那些,自身譜系在經過激烈分化後,變成現代真核生物的古菌的表親嗎?這些古菌是我們最親近的微生物親戚嗎?也許真的是。這一點引起大眾的注意。

但是,使艾特瑪的研究在早期演化專家當中引發爭議的,還有另外兩點。

首先,艾特瑪團隊提出證據,表明洛基古菌等細胞在獲得粒線體之前,就已經開始發展出複雜性。也許是重要的蛋白質、內部結構、可以包圍並吞噬細菌的能力。

若是如此,那麼偉大的粒線體捕獲事件,就是生命史上最大轉變的結果,或一連串變化其中之一的事件,而不是原因。某些人,例如馬丁,會強烈反對。

雖然科學家發現了洛基古菌,但也引起了許多爭議和討論,真核生物的演化謎團仍然沒有被完全解答。圖 / Pixabay

其次,艾特瑪團隊將真核生物的起源置於古菌中,而不是古菌旁邊。如果這個論點正確的話,便意味著我們又回到一棵兩個分支的生命樹,而兩大分支不管哪一支,都不是我們長久以來珍而重之、視為己有的。

這也就是說,我們人類就是古菌這種獨立生命形式的後代,這在一九七七年之前是無法想像的。(這種情況會產生錯綜複雜的糾葛,牽扯到在我們的譜系開始之前,細菌的基因水平轉移到我們的古菌祖先中,結果導致細菌也混入我們的基因體內,但本質仍然是:喔,我們就是它們!)

某些人,例如佩斯,會強烈反對。渥易斯也不會同意,只是他在世的時間不夠長,無緣被艾特瑪二〇一五年發表在《自然》期刊上的論文激怒。

六月的一個早晨,在多倫多的一間會議室裡,艾特瑪向一屋子全神貫注的聽眾描述這項研究,其中包括杜立德和幾十名研究人員,還有我。

當我之後與杜立德碰面時,他用一貫的自嘲式幽默說:「我有點被洗腦了。」也是後來,我坐下來與艾特瑪對談。我們談到他當時仍未發表的最新研究,這會把同樣的涵義推得更進一步:粒線體是大轉變的次要因素,人類祖先植根於古菌中,位於兩分支的生命樹上。他很清楚反對的觀點,也清楚自己將會遭遇何等激烈的爭論。

他說:「我真的有在為某些可能迎面撲來的風暴做準備。」

——本文摘自《纏結的演化樹》,2022 年 7 月,貓頭鷹,未經同意請勿轉載。

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一波未平,一波又起!我們該擔心猴痘疫情嗎?——《科學月刊》
科學月刊_96
・2022/08/05 ・2479字 ・閱讀時間約 5 分鐘

  • 文/林翰佐 銘傳大學生物科技學系副教授,本刊總編輯。

「一波未平,一波又起。」正當這個世界仍為嚴重特殊傳染性肺炎(COVID-19)疫情疲於奔命之際,猴痘(monkeypox)疫情似乎也有逐步升溫的趨勢。我們該以何種心態面對新的未知疫情?或許這篇文章能提供讀者一些方向和理性。

猴痘病毒的近親——造成數十億人喪命的天花

猴痘是由猴痘病毒(monkeypox virus, MPV)感染所引起,猴痘病毒在分類上有個赫赫有名的同屬——造成天花(smallpox)的天花病毒(variola virus)。

天花病毒的穿透式電子顯微鏡圖,內部呈現啞鈴形的部分包含了病毒的 DNA。圖/Wikipedia

天花是一種能透過空氣傳播、致死率約 30% 的病毒,且疾病痊癒後仍會在病人身上留下難以磨滅的坑疤,令人聞之色變,更是人類疾病歷史上最黑暗的篇章。據歷史記載,在 735 至 737 年間,一場爆發於日本的天花流行,一共奪走了 100~150 萬人的生命,約相等於當時日本總人口數的 1/3,足見其威力。

諷刺的是,天花也是人類第一個戰勝的疫病。由英國醫師詹納(Edward Jenner)推行的牛痘(cowpox)接種技術,意外開啟生命科學中的免疫學篇章,使疫苗成為對抗病毒性傳染病最有效的武器。1980 年代,在世界衛生組織(World Health Organization, WHO)防堵策略的運用下,曾經造成人類歷史上約數十億人喪命的天花,在地球上徹底地被根除。

猴痘的病毒結構與傳播能力

繼承表親天花病毒的威名,猴痘疫情似乎顯得山雨欲來。

其實,痘病毒科(Poxviridae)的親戚一直存在於脊椎動物的族群當中。這類病毒的基因組由雙股 DNA 所組成,長達 186 千鹼基對(kb),記錄著 180 多個基因訊息,是感染哺乳動物的病毒當中體型最大,最為複雜的病毒。

相較於目前大家最為熟知的新型冠狀病毒(SARS-CoV-2)基因體長度大約只有 2 萬 6000 至 3 萬 2000 個核苷酸(nucleotides)所組成,透過分子機轉可以生產約 20 種左右的結構性蛋白(structural protein)及非結構性蛋白(nonstructural protein),在巨大的天花病毒前面顯得單純許多。

而更多種蛋白質的生產力也意味著病毒的「能力」愈強,所以天花病毒一直以來都被譽為是最狡猾的病毒,它具備多套欺騙免疫系統的機轉,使人防不勝防。

痘科病毒相當狡猾,但還是希望猴痘可以安分一點。,圖 / pixabay

猴痘,顧名思義是一種流行於靈長類的流行病。1958 年,在研究用的猴子中首度被發現,而人類被感染的首起案例發生於 1970 年,之後在中非及西非偏遠地區也陸續發現零星案例。

根據流行病學的調查研究,猴痘主要透過嚙齒類、靈長類野生動物傳染給人類,是一種人畜共通傳染疾病。不過猴痘的傳播一直以來都是不慍不火,即便目前有升溫的趨勢,流行病學專家也相信它的「基本再生數」(basic reproduction number,俗稱 R0 值)介於 2 和 3 之間,遠低於目前肆虐的新型冠狀病毒 Omicron 變異株(R0≈10~15),意味著只要有適當的防疫作為,疫情不會像 COVID-19 一樣來得又快又猛。

猴痘的傳播途徑有哪些?

目前已知猴痘人傳人的途徑主要以皮膚、口對口或體液等與患者有密切接觸的方式傳染,其中也包括接觸被患者汙染過的物品以及衣物等。不過具體相關細節仍有賴後續的研究,包括患者實際具備感染能力的時程,以及是否造成胎兒垂直感染的可能性等。不過由於人類對抗天花具有相當完善的經驗,對於應付猴痘來襲,一些估算總不至於差得離譜。

若是不慎感染猴痘,需要多久才能痊癒?

猴痘的症狀類似天花,具有明確的病癥,包括發燒、頭痛、肌肉酸痛、背痛、疲倦及淋巴結腫大,此外隨著病程的演進也會在皮膚上出現丘疹。

猴痘的症狀類似天花,特別明顯的症狀是皮膚病灶。圖/Wikipedia

猴痘的病程通常持續兩到三週,多數健康的人可以自行痊癒。不過部分患者包括嬰兒、兒童,以及免疫缺陷病友,可能會面臨更嚴重的症狀,甚至死亡。有關猴痘的死亡率依照不同地區呈現相當大的差異,預估值從 1~10%,甚至於更高的數值都曾經被提出,不過死亡率也與當地的公衛條件和醫療支援程度息息相關,不排除被高估的可能。

根據世界衛生組織公開的資料顯示,近期受到猴痘疫情影響的國家及地區,迄今並未出現死亡案例。

目前有針對猴痘開發的疫苗或是藥物嗎? 

由於新藥開發的速度較慢,多數新興傳染病很難有可以立即使用的「特效藥」。但目前包括美、英、加拿大等國的藥物管理局,已陸續核准將天花的藥物特考韋端(tecovirimat)用於猴痘治療。特考韋端能干擾天花病毒細胞膜蛋白的合成,阻斷病毒在人體內複製散播的機率、降低病情的發展,在實驗室中的研究證明它對猴痘病毒的複製也能有效地進行干預,不過臨床上的效果仍有待後續研究證實。

基於猴痘與天花的同源性,接種牛痘疫苗也可以提供有效保護,多項研究表明曾接種過牛痘疫苗者,發病率可降至約 4~21%。根據臺灣衛生福利部疾病管制署的說明,臺灣目前仍保有一定數量的第一代牛痘疫苗戰備存量,可以因應緊急時所需。另外,由於牛痘疫苗的製程屬於活毒疫苗,具有相當長效的保護效力,在 1979 年前出生的民眾皆有施打牛痘疫苗,因此他們也對猴痘有較佳的抵抗能力。

疫病的可怕性來自於高傳染率、致死率,以及人類對該疾病的理解程度。由上述已知條件看來,猴痘並不是那麼可怕,可避免過度恐慌。不過衛生習慣的培養與防疫知識確實仍是趨吉避凶的基礎,願大家出入平安。

  • 〈本文選自《科學月刊》2022 年 8 月號〉
  • 科學月刊/在一個資訊不值錢的時代中,試圖緊握那知識餘溫外,也不忘科學事實和自由價值至上的科普雜誌。

延伸閱讀

  1. 台灣科技媒體中心,猴痘最新研究解析記者會新聞稿,2022年7月。https://smctw.tw/13545/
  2. 天平疫病大流行,2021年11月5日,維基百科,https://reurl.cc/j1XR4m
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