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系出同源-《香蕉密碼》

馥林文化_96
・2014/04/15 ・2672字 ・閱讀時間約 5 分鐘

YX1705  香蕉密碼二○○四年,就是憑著這股想要知道香蕉遺傳基因的衝動,我才會從宏都拉斯的蕉園跑到全球最先進的香蕉研究機構。那地方離中美洲、巴布亞新幾內亞甚至美國都非常遠,就位在比利時的繁忙大城:魯汶。

我在比利時找到的香蕉既是歷史的文物,也是未來的希望。首先,我從洛杉磯坐飛機前往布魯塞爾,再換搭通勤火車,一路上車窗上布滿雨絲,冷冰冰的工業景象在我眼前飛馳而過,過了十五分鐘,火車即抵達魯汶。我走出主車站,穿越城裡的廣場,到飯店登記。幾分鐘後,我就坐上了市區的二號公車。公車的擋風玻璃上印著目的地:大學。車上都是學生,一個空位也不剩。公車穿越城裡的市集廣場,經過壯觀的市府大樓(建於一四三八年),大樓的石造門面有兩百多尊哥德式雕像,全是過去的藝術家和科學家,可見這座已有五百年歷史的大學城有相當深厚的學術傳統。十六世紀的地圖學家麥卡托(Gerardus Mercator)當年就在這裡求學,他繪製的平面式、橘子皮似的世界地圖,至今仍在使用。一五一七年,即聖傑洛米奉羅馬教廷之命翻譯聖經後一千多年,魯汶大學開設了歐洲啟蒙運動後的第一個外語課程,規定學生學習互譯希臘文、希伯來文和拉丁文。

目前,魯汶大學是全球香蕉研究的中心。校內的熱帶作物改良研究室由史衛能(Rony Swennen)教授主持。他高高瘦瘦的,看上去有點飽經風霜,就像個香蕉探險家——他過去的確是,還曾到奈及利亞幫助當地村民種植香蕉並獲得榮譽酋長的殊榮。他的研究室收集了世界最豐富的香蕉基因資料,野生或栽培香蕉皆有。

研究室的學生和技術人員加起來共約三十人,來自世界各地,但主要是種植香蕉的國家。這些國家都提供獎學金供學生出國研究,回國之後,這些年輕科學家就會投入改良及保護當地作物的工作。

魯汶研究室裡放在圓盤裡的基因材料,還有試管裡的許多幼苗,全都保存在成排低溫缸內或史衛能教授研究室地下層的冷藏室裡(少數的成熟香蕉則集中在附屬的小溫室裡)。不過呢,你不一定要穿上毛皮大衣才能一窺裡頭的收藏,只要拿到一本類似香蕉版的館藏目錄即可。這本《芭蕉錄》(MusalogueMusa 是林奈給香蕉的屬名,中文譯作芭蕉屬)多達兩百多頁。一開始先簡單介紹這種植物命名和分類的過程,另外也為香蕉各部位列出相當方便的圖文說明。

不過,一百七十二種已知香蕉品種的索引才是這本《芭蕉錄》的精華,這些品種也是用來育種和研究的主要品種。我們最熟悉的華蕉在六十七頁,而我們吃的華蕉系品種名為威廉斯(Williams,奇基塔賣的就是這種香蕉),上面形容它有「白色乳汁」,花朵有乳黃色、銹源頭42紅色、黃色和白色;其頂端「長而尖」,果實「朝上彎曲」,最初是在澳洲南約翰石(South Johnstone)發現的。裡頭還列出其他三種華蕉品種:來自加勒比海的Petite 和Grande Naine(意思是小矮人和大矮人),還有Dwarf Parfitt(也在研究室的收藏之列)。華蕉品種的外型和口味都大同小異,不過從基因來看它們是一模一樣的雙胞胎。雖然有少數差異明顯可辨,但它們的DNA 都一樣,因此也具備一樣的特色、抵抗力,還有弱點。

我在研究室待了五天,冒雨通勤往返,在校內自助餐廳用餐,每天幾乎從早到晚都忙著拷貝大量的香蕉研究論文,其中有些文章已經超過一百年歷史。裡頭紀錄了很久以前科學家到亞洲和非洲採集香蕉的過程,還有科學家為了「改良」(意指人類為了培育新品種所作的努力)香蕉所作的初步嘗試,以及今人如何解開香蕉最神祕難解的基因祕密。我跟研究香蕉的學生一同討論,設法釐清各種有關香蕉遺傳基因的解釋。到了晚上,我會到當地酒館邊喝比利時啤酒,邊讀這本超大本目錄。

《芭蕉錄》也畫出了香蕉的樹狀家譜圖,但說它像樹,不如說它像金字塔更貼切。野生香蕉之類的品種在最底層,我們吃的香蕉在細細窄窄的最高層。香蕉包含在一個更大的植物分類——薑目——底下。從名字大概可以猜到,此目底下包括薑、薑黃和形似香蕉的旅人蕉(薑也是一種命運跟人類緊緊相繫的植物,最早可能在五千年前的印度出現,但現今已經完全找不到這種根莖類香料的百分之百野生種)。

再往上一層,芭蕉科屬於林奈劃出的芭蕉屬和較少人知道的象腿蕉屬(也稱假蕉),兩個屬算是表親。象腿蕉很像香蕉,主要分布在東非,但當地人吃的不是它們的果實,而是球莖;象腿蕉的球莖比真正的香蕉的球莖好吃,尤其是發酵再烤過之後,當地稱這種為kocho,類似你在衣索比亞餐館吃到的薄餅。

再往金字塔頂端前進一步,就會更接近我們熟知的香蕉。芭蕉又分為四種,但我們只吃其中的兩種:屬澳蕉宗(Australimusa)和正宗蕉(Eumusa)。屬澳蕉宗很少見,味道極佳,如果你去過斐濟或大溪地,可能就吃過,當地人叫它fe’i。這種香蕉還在樹上時,會分泌紫紅色乳汁,跟其他種香蕉分泌的乳汁很不一樣(不論什麼顏色,蕉乳都是世界上最黏最頑固的液體,一旦沾到衣服,怎麼洗也洗不掉)。它的口感綿密強烈甚至頗為複雜,每咬一口都會感覺到多層次的口味。這種蕉的果肉很多近似柳橙,而且長長圓圓的,形似芒果。除了這幾個小島特產的香蕉之外,一般人吃的香蕉都屬於正宗蕉。正宗蕉底下又分七類,但我們的香蕉栽培品種(英文是cultivar,結合cultivated 和variety 二字)大致只有兩種:尖蕉(Musa acuminata)和拔蕉(Musa balbisiana),簡稱A蕉和B蕉。

從這裡開始,輪到基礎遺傳學上場。不同的香蕉栽培品種都是A蕉基因和B蕉基因結合而成。野生香蕉和少數可食用香蕉的基金組合是AA,包含兩組相似的染色體。AB 和其他基因組合通常是人為雜交育種的結果。我們吃的華蕉是AAA 種(雜交種可以有兩組以上的染色體),之前的大麥克也是。幾乎所有的甜蕉都是AAA 種,非洲用來釀酒的香蕉也一樣。大蕉則大多是AAB 種。(註1)

大自然的原本的香蕉庫存裡,並沒有AA 以外的基因組合。AA 以外的基因組合不是人工培育的結果,就是野生種產生突變,再移到人類的果園裡栽種。現在世界上已經很少人把AA 香蕉當成日常食物。《芭蕉錄》裡列出的十二種AA 香蕉,九個來自新幾內亞,一個來自菲律賓,一個來源不明,最後一個名為Pisang Mas,是馬來西亞的主要作物。魯汶大學採集香蕉和整理《芭蕉錄》的目的,不只是為了呈現人類食用的少數香蕉有多麼深厚的歷史。更重要的是,希望採集的品種有助於增加香蕉的抵抗力,經人工培育後,能夠生產更好吃、更適合種植、更能抵抗病蟲害的新品種香蕉。但目前的進展緩慢,科學家也持續找尋未知的香蕉品種。另一方面,人類消耗的香蕉逐年增加,多不勝數,但從基因上來看,這些香蕉其實都來自同一個脆弱無比的小籃子。

 

◎ 註1:甜味香蕉的正式名稱是「甜點香蕉」,我們吃的華蕉就是一例,而綠色食用香蕉則稱「烹調香蕉」。不過這兩者在本書中多少可以互通或互換,畢竟它們的基因差異很小。

摘自《香蕉密碼:改變世界的水果》,由馥林文化出版。

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馥林文化是由泰電電業股份有限公司於2002年成立的出版部門,有鑒於21世紀將是數位、科技、人文融合互動的世代,馥林亦出版科技機械類雜誌及相關書籍。馥林文化出版書籍http://www.fullon.com.tw/

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恐龍稱霸地球的秘訣,竟是牙齒自帶避震器?——《追光之旅:你所不知道的同步輻射》

天下文化_96
・2021/09/12 ・1747字 ・閱讀時間約 3 分鐘

《侏羅紀公園》系列電影掀起大家對恐龍的好奇,但其實科學家早就在研究遠古時代的各種生物。以恐龍為例,平均每星期會發現一種新種恐龍,每年大約會發現五十種新種恐龍。而在探討物種起源及鑑定遠古生物領域,同步輻射分析技術也展現了它的獨特價值。

例如,南非威特沃特斯蘭德大學(University of the Witwatersrand)領導的國際科學家團隊,針對一些世界上最古老的恐龍蛋胚胎頭骨,進行 3D 複製重建,發現牠們的頭骨生長順序與當今的鱷魚、雞、烏龜和蜥蜴相同,研究成果發表在《科學報導》(Scientific Reports)上。

美國自然歷史博物館收藏的恐龍蛋化石,內部留有胚胎構造。圖/WIKIPEDIA

在台灣,由加拿大多倫多大學教授賴茲(Robert Reisz)與台灣學者組成國際團隊,花費兩年時間,運用超高解析二維紅外光譜顯微術,在活躍於一億九千五百萬年前的雲南祿豐龍胚胎股骨化石中,發現殘留有機物,找到古化石內保存複雜有機物的最古老紀錄。這個破天荒的發現在 2013 年登上了《自然》(Nature)雜誌封面。

此外,在祿豐龍肋骨化石的微血管通道中,國輻中心研究員李耀昌也發現全球最古老且保存完整的膠原蛋白與赤鐵礦微粒聚晶。

「即使經過億萬年時空轉換,恐龍的軟組織經血液中鐵的氧化及碳酸鈣化包覆作用後,還是有機會被保存下來,」李耀昌表示,這將有助科學家進一步了解恐龍的生理機能與遺傳密碼。

李耀昌團隊將成果發表於《自然通訊》(Nature Communications)期刊,並獲選為《發現》(Discover)雜誌「 2017 年全球百大發現」第十二名,是近年來台灣學者主導的研究成果首度登上《發現》雜誌全球百大發現。

英國 Dinosaurland 化石博物館的鐮刀龍巢與蛋化石。圖/WIKIPEDIA

發現牙齒裡的避震器

恐龍胚胎裡有膠原蛋白,恐龍的嘴巴裡則是自帶「避震器」。

國輻中心團隊與台灣博物館、台灣石尚博物館、中國大陸北京自然博物館、加拿大安大略皇家博物館,以及中國大陸地質科學院地質研究所合作,蒐集十五種肉食性與植食性恐龍牙齒,利用同步輻射穿透式 X 光顯微術與現代的眼鏡凱門鱷牙齒進行研究比對,首度發現肉食恐龍牙齒具有避震結構。

在肉食性恐龍牙齒的琺瑯質與象牙質中間,存在一層相對柔軟且布滿微細孔洞的被覆牙本質層,可以保護牙齒,避免因撕裂骨肉造成牙齒瞬間斷裂。這項研究結果修正了過去對於原始爬蟲類牙齒結構的認知,因此登上國際知名期刊《科學報導》(Scientific Reports)與各大媒體。為了蒐集恐龍牙齒進行研究比對,國輻中心研究員王俊杰透露了一段小故事。

「當時我到桃園興仁花園夜市拜訪鱷魚攤,沒想到使用斜口鉗幫鱷魚拔牙時,斜口鉗當場應聲斷裂,只好再買一把硬度更高的老虎鉗,費了好大一番功夫才順利拔下鱷魚牙齒。」

透過同步輻射 X 光顯微鏡發現暴龍牙齒藏有「避震器」,保護牙齒不致斷裂。1:X光下的暴龍牙齒構造。2:暴龍牙齒外觀。 3:無避震結構的牙齒內部應力分布。4:有避震結構的牙齒內部應力分布。圖/王俊杰提供

牙齒的特殊結構,使得肉食恐龍成為頂尖獵食者,稱霸地表一億六千五百萬年。相較於人類咬合力約為 40 公斤、眼鏡凱門鱷咬合力約 1,000 公斤,以及咬合力可達 2,000 公斤、目前世上咬合力最大的動物—— 灣鱷,「暴龍的咬合力約 6,000 公斤,且拖行的獵物體重可能超過 1 公噸,但靠著微小的避震結構設計,便不致因巨大應力而造成牙齒斷裂,」王俊杰說。

遠古生物的活動型態一直是科學家亟欲解開的謎題,透過同步光源高解析度檢測技術,可以幫助我們了解古生物化石組織結構的細微差異,提供了一種嶄新的古生物分類與古生態研究檢測方法,而藉由恐龍胚胎化石中探測到的有機質殘留物,未來將可逐步解開更多遠古生物的奧祕。

——本文摘自《追光之旅:你所不知道的同步輻射》,2021 年 8 月,天下文化

天下文化_96
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天下文化成立於1982年。一直堅持「傳播進步觀念,豐富閱讀世界」,已出版超過2,500種書籍,涵括財經企管、心理勵志、社會人文、科學文化、文學人生、健康生活、親子教養等領域。每一本書都帶給讀者知識、啟發、創意、以及實用的多重收穫,也持續引領台灣社會與國際重要管理潮流同步接軌。
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