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長毛象死於近親繁殖所帶來的害處？

葉綠舒・2014/06/12 ・1301字・閱讀時間約 2 分鐘・SR值 558 ・八年級

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當我們想到長毛象（mammoth），我們想像的是3米高、6噸重的野獸成群地漫遊歐洲北部，用他們的危險的獠牙來抵抗人類獵人；我們會不想到一群畸形的龐大生物，跌跌撞撞地長途跋涉，只為了生存在一個迅速變化的世界。最近從北海出土挖去一些長毛象化石的不同尋常的特點表明，近親繁殖可能在一萬年前催生了長毛象的滅絕。

從一個龐大的頸椎研究人員驚奇地發現，一個圓形平坦的地方。這意味著，頸骨曾經連接到一塊小肋骨：這是一種罕見的異常，可以指向其他骨骼問題。當頸部肋骨，也稱為頸椎肋骨，發生在人類時，90％在他們長大成人之前死亡。死亡的原因並非因為肋骨本身，而是因為其他發育上的問題。頸骨可以融合在一起，或是骨骼在後腰可能無法固化。這種狀況也與染色體異常以及癌症有關。

令人好奇的是，在北海的龐大象群中，頸肋異常的情形有多廣泛？在荷蘭鹿特丹自然歷史博物館（Natural History Museum Rotterdam in the Netherlands）古生物學家Jelle Reumer梳理館藏，尋找有關北海長毛象頸部肋骨骨骼異常（cervical ribs），他們發現有三分之一（九隻裡面有三隻）的長毛象出現異常。在三月的Peer J中，作者報告：「發生率極高；在博物館中搜索現代大象的骨骼顯示，只有二十一分之一有相同的問題。」

在荷蘭的青黛生物多樣性中心（Naturalis Biodiversity Center in Leiden, the Netherlands）工作的Frieston Gails說：「頸部肋骨骨骼異常的出現，表明懷孕早期出現了干擾。」。他與Reumer一起進行這項分析工作。這兩位科學家認為，頸部肋骨骨骼異常可能是因為，母親在懷孕時遭受如疾病或飢荒等苛刻的條件，也可能是由於近親繁殖導致的遺傳問題。在長毛象這件事情上，Reumer和Galis懷疑兩者兼而有之。

頸部肋骨骨骼異常吻合了 Reumer 對長毛象滅絕首選的解釋：氣候變化使它們的棲息地支離破碎，讓成群的動物相互分離為小群。在這樣的小種群，近親繁殖接踵而至，遺傳變異的損失造成留下的動物對寄生蟲、疾病和人類狩獵的抵抗力降低。 Galis 描述近親繁殖和抵抗力降低之間的惡性循環成為一個「滅絕漩渦」（extinction vortex）。儘管如此，由於頸肋只是整個骨架的一部分，研究人員無法確定這些長毛象是否還有其他畸形。

遺傳學家Eleftheria Palkopoulou分析了長毛象的DNA，但並沒有參與這項新研究；她說，這個模型符合她的的研究成果。她的研究顯示長毛象的數目約在20000年前開始萎縮。她同時也指出，遺傳分析可以判斷長毛象在過去是否發生過近親繁殖，而且這種研究，現在的技術已經可能實現。

古生物學家Daniel Fisher （在University of Michigan, Ann Arbor）則是持懷疑態度。他指出，近親繁殖可能是族群不斷減少的結果，而不是原因。儘管如此，他說，頸部肋骨骨骼異常代表了一些有趣的自然歷史。

Ross MacPhee（在紐約的 American Museum of Natural History工作）認為，雖然想法很有趣，但是研究人員依靠骨頭的「近似年齡」（approximate ages）–橫跨了20000年–卻沒有進行放射性碳年代測定。沒有這種精準度，研究者無法判準是否這個異常真的是發生在一個族群數目正在不斷下降的族群，或者這個異常存在了數萬年，只不過是一個無害的小毛病罷了。所以，他不認為頸部肋骨骨骼異常（對長毛象的滅絕影響）是一個確鑿的證據。

所以，長毛象死於過度狩獵？氣候變遷？還是？？？本文提供了一個新觀點，不過在確立這個假說之前，還有更多的問題有待釐清。

資料來源：Did Inbreeding Doom the Mammoth? ScienceNow [March 25, 2014]

原刊載於作者部落格Miscellaneous999

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CASE PRESS ・2021/10/22 ・3033字・閱讀時間約 6 分鐘

撰文｜許世穎

「造父」是周穆王的專屬司機，也是現在「趙」姓的始祖。以它為名的「造父變星」則是標準燭光的一種，讓我們可以量測外星系的距離。這幫助哈柏發現了宇宙膨脹，大大開拓了人們對宇宙的視野。然而發現這件事情的天文學家勒梅特卻沒有獲得她該有的榮譽。

宇宙中的距離指引：標準燭光

經過了三篇文章的鋪陳以後，我們終於要離開銀河系，開始量測銀河系以外的星系距離。在前作＜天有多大？宇宙中的距離（3）—「人口普查」＞中，介紹了距離和亮度的關係。想像一支燃燒中、正在發光的蠟燭。距離愈遠，發出來的光照射到的範圍就愈大，看起來就會愈暗。

我們把「所有發射出來的光」稱為「光度」，而用「亮度」來描述實際上看到的亮暗程度，而它們之間的關係就是平方反比。一旦我們知道一支蠟燭的光度，再搭配我們看到的亮度，很自然地就可以推算出這支蠟燭所在區域的距離。

舉例來說，我們可以在台北望遠鏡觀測金門上的某支路燈亮度。如果能夠找到到那支路燈的規格書，得知這支路燈的光度，就可以用亮度、光度來得到這支路燈的距離。如果英國倫敦也安裝了這支路燈，那我們也可以用一樣的方法來得知倫敦離我們有多遠。

我們把「知道光度的天體」稱為「標準燭光（Standard Candle）」。可是下一個問題馬上就來了：我們哪知道誰是標準燭光啊？經過許多的研究、推論、歸納、計算等方法，我們還是可以去「猜」出一些標準燭光的候選。接下來，我們就來實際認識一個最著名的標準燭光吧！

「造父」與「造父變星」

「造父」是中國的星官之一。傳說中，「造父」原本是五帝之一「顓頊」的後代。根據《史記‧本紀‧秦本紀》記載：造父很會駕車，因此當了西周天子周穆王的專屬司機。後來徐偃王叛亂，造父駕車載周穆王火速回城平亂。平亂後，周穆王把「趙城」（現在的中國山西省洪洞縣一帶）封給造父，而後造父就把他的姓氏就從本來地「嬴」改成了「趙」。因此，造父可是趙姓的始祖呢！（《史記‧本紀‧秦本紀》：造父以善御幸於周繆王……徐偃王作亂，造父為繆王御，長驅歸周，一日千里以救亂。繆王以趙城封造父，造父族由此為趙氏。）

回到星官「造父」上。造父是「北方七宿」中「危宿」的一員（圖一），位於西洋星座中的「仙王座（Cepheus）」。一共有五顆恆星（造父一到造父五），清代的星表《儀象考成》又加了另外五顆（造父增一到造父增五）。^[3]

英籍荷蘭裔天文學家約翰‧古德利克（John Goodricke，1764-1786）幼年因為發燒而失聰，也無法說話。1784 年古德利克（John Goodricke，1764-1786）發現「造父一」的光度會變化，代表它是一顆「變星（Variable）」。2 年後，年僅 22 歲的他就當選了英國皇家學會的會員。卻在 2 週後就就不幸因病去世。^[4]

造父一這顆變星的星等在 3.48 至 4.73 間週期性地變化，變化週期大約是 5.36 天（圖二）。經由後人持續的觀測，發現了更多不同的變星。其中一群變星的性質（週期、光譜類型、質量……等）與造父一接近，因此將這一類變星統稱為「造父變星（Cepheid Variable）」。^[5]

圖二：造父一的亮度變化圖。橫軸可以看成時間，縱軸可以看成亮度。圖片來源：ThomasK Vbg^[5]

勒維特定律：週光關係

時間接著來到 1893 年，年僅 25 歲的亨麗埃塔‧勒維特（Henrietta Leavitt，1868-1921）她在哈佛大學天文台的工作。當時的哈佛天文台台長愛德華‧皮克林（Edward Pickering，1846-1919）為了減少人事開銷，將負責計算的男性職員換成了女性（當時的薪資只有男性的一半）。^[6]

這些「哈佛計算員（Harvard computers）」（圖三）的工作就是將已經拍攝好的感光板拿來分析、計算、紀錄等。這些計算員們在狹小的空間中分析龐大的天文數據，然而薪資卻比當時一般文書工作來的低。以勒維特來說，她的薪資是時薪 0.3 美元。順帶一提，這相當於現在時薪 9 美元左右，約略是台灣最低時薪的 1.5 倍。^[6][7][8]

勒維特接到的目標是「變星」，工作就是量測、記錄那些感光板上變星的亮度。她在麥哲倫星雲中標示了上千個變星，包含了 47 顆造父變星。從這些造父變星的數據中她注意到：這些造父變星的亮度變化週期與它們的平均亮度有關！愈亮的造父變星，變化的週期就愈久。麥哲倫星雲離地球的距離並不遠，可以利用視差法量測出距離。用距離把亮度還原成光度以後，就能得到一個「光度與週期」的關係（圖四），稱為「週光關係（Period-luminosity relation）」，又稱為「勒維特定律（Leavitt’s Law）」。藉由週光關係，搭配觀測到的造父變星變化週期，就能得知它的平均光度，能把它當作一支標準燭光！^[6][8][10]

圖四：造父變星的週光關係。縱軸為平均光度，橫軸是週期。光度愈大，週期就愈久。圖片來源：NASA ^[11]

從「造父變星」與「宇宙膨脹」

發現造父變星的週光關係的數年後，埃德溫‧哈柏（Edwin Hubble，1889-1953）就在 M31 仙女座大星系中也發現了造父變星（圖五）。數個世紀以來，人們普遍認為 M31 只是銀河系中的一個天體。但在哈柏觀測造父變星之後才發現， M31 的距離遠遠遠遠超出銀河系的大小，最終確認了 M31 是一個獨立於銀河系之外的星系，也更進一步開拓了人類對宇宙尺度的想像。後來哈柏利用造父變星，得到了愈來愈多、愈來愈遠的星系距離。發現距離我們愈遠的星系，就以愈快的速度遠離我們。從中得到了「宇宙膨脹」的結論。^[10]

圖五：M31 仙女座大星系裡的造父變星亮度隨時間改變。圖片來源：NASA/ESA/STSci/AURA/Hubble Heritage Team ^[1]

造父變星作為量測銀河系外星系距離的重要工具，然而勒維特卻沒有獲得該有的榮耀與待遇。當時的週光關係甚至是時任天文台的台長自己掛名發表的，而勒維特只作為一個「負責準備工作」的角色出現在該論文的第一句話。哈柏自己曾數度表示勒維特應受頒諾貝爾獎。1925 年，諾貝爾獎的評選委員之一打算將她列入提名，才得知勒維特已經因為癌症逝世了三年，由於諾貝爾獎原則上不會頒給逝世的學者，勒維特再也無法獲得這個該屬於她的殊榮。^[12]