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特別短小的Y染色體未來會逐漸消失嗎?

科學人_96
・2014/08/22 ・692字 ・閱讀時間約 1 分鐘 ・SR值 603 ・九年級

國民法官生存指南:用足夠的智識面對法庭裡的一切。

sm150-38

 

撰文/費雪曼(Josh Fischman)
編譯/ 鄭方逸

Y染色體是人類46個染色體中的小矮個兒,雖然它的角色廣為人知——哺乳動物就是靠它決定雄性性別,然而相較於其他染色體,尤其是它的夥伴X染色體,Y染色體失色不少。的確,在2~3億年前,Y染色體和X染色體共有的基因大約有600個,如今卻只剩下19個。2002年,有些遺傳學家發現,這種基因減少的現象代表Y染色體實際上正逐漸凋零。他們說,再過1000萬年,Y染色體就會滅絕了。這個消息真不知會讓男性朋友做何感想。

然而,根據最新的研究,Y染色體已經不再刪減基因了。佩奇(David Page)是美國麻省理工學院的生物學家,也是這篇發表在《自然》期刊中的論文作者之一。他說,事實上在過去2500萬年來,Y染色體已經趨於穩定。他和同事發現,近代演化物種體內的Y染色體雖然有點單薄,但基因損耗的情況在數百萬年前就已經停止了。

這個穩定性可能源自一段約含12個基因的重要區段,這些基因與性別無關,卻牽涉心臟、血液、肺部和其他組織等與維持生命有關的細胞功能。佩奇表示,「這些基因是細胞中央指揮部的重要角色」,因此會在天擇中倖存。

一位擁護Y染色體正逐漸退化之說的學者對此不太信服。葛瑞夫茲(Jennifer Graves)是澳洲國立大學的遺傳學家,她認為過去數百萬年可能只是個暫時的持平時期。她指出,至少有兩種齧齒動物已經完全擺脫Y染色體了。然而最近的研究顯示,Y染色體應該會繼續維持像現在這樣的短小身材。

延伸閱讀

本文原刊於《科學人》2014年第150期8月號

SA原文:The Male Sex Chromosome Isn’t Shrinking

文章難易度
科學人_96
39 篇文章 ・ 3 位粉絲
《科學人》雜誌-遠流出版公司於2002年3月發行Scientific American中文版,除了翻譯原有文章更致力於本土科學發展與關懷。

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用這劑補好新冠預防保護力!免疫功能低下病患防疫新解方—長效型單株抗體適用於「免疫低下族群預防」及「高風險族群輕症治療」
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2023/01/19 ・2882字 ・閱讀時間約 6 分鐘

本文由 台灣感染症醫學會 合作,泛科學企劃執行。

  • 審稿醫生/ 台灣感染症醫學會理事長 王復德

「好想飛出國~」這句話在長達近 3 年的「鎖國」後終於實現,然而隨著各國陸續解封、確診消息頻傳,讓民眾再度興起可能染疫的恐慌,特別是一群本身自體免疫力就比正常人差的病友。

全球約有 2% 的免疫功能低下病友,包括血癌、接受化放療、器官移植、接受免疫抑制劑治療、HIV 及先天性免疫不全的患者…等,由於自身免疫問題,即便施打新冠疫苗,所產生的抗體和保護力仍比一般人低。即使施打疫苗,這群病人一旦確診,因免疫力低難清除病毒,重症與死亡風險較高,加護病房 (ICU) 使用率是 1.5 倍,死亡率則是 2 倍。

進一步來看,部分免疫低下病患因服用免疫抑制劑,使得免疫功能與疫苗保護力下降,這些藥物包括高劑量類固醇、特定免疫抑制之生物製劑,或器官移植後預防免疫排斥的藥物。國外臨床研究顯示,部分病友打完疫苗後的抗體生成情況遠低於常人,以器官移植病患來說,僅有31%能產生抗體反應。

疫苗保護力較一般人低,靠「被動免疫」補充抗新冠保護力

為什麼免疫低下族群打疫苗無法產生足夠的抗體?主因為疫苗抗體產生的機轉,是仰賴身體正常免疫功能、自行激化主動產生抗體,這即為「主動免疫」,一般民眾接種新冠疫苗即屬於此。相比之下,免疫低下病患因自身免疫功能不足,難以經由疫苗主動激化免疫功能來保護自身,因此可採「被動免疫」方式,藉由外界輔助直接投以免疫低下病患抗體,給予保護力。

外力介入能達到「被動免疫」的有長效型單株抗體,可改善免疫低下病患因原有治療而無法接種疫苗,或接種疫苗後保護力較差的困境,有效降低確診後的重症風險,保護力可持續長達 6 個月。另須注意,單株抗體不可取代疫苗接種,完成單株抗體注射後仍需維持其他防疫措施。

長效型單株抗體緊急授權予免疫低下患者使用 有望降低感染與重症風險

2022 年美、法、英、澳及歐盟等多國緊急使用授權用於 COVID-19 免疫低下族群暴露前預防,台灣也在去年 9 月通過緊急授權,免疫低下患者專用的單株抗體,在接種疫苗以外多一層保護,能降低感染、重症與死亡風險。

從臨床數據來看,長效型單株抗體對免疫功能嚴重不足的族群,接種後六個月內可降低 83% 感染風險,效力與安全性已通過臨床試驗證實,證據也顯示該藥品針對 Omicron、BA.4、BA.5 等變異株具療效。

六大類人可公費施打 醫界呼籲民眾積極防禦

台灣提供對 COVID-19 疫苗接種反應不佳之免疫功能低下者以降低其染疫風險,根據 2022 年 11 月疾管署公布的最新領用方案,符合施打的條件包含:

一、成人或 ≥ 12 歲且體重 ≥ 40 公斤,且;
二、六個月內無感染 SARS-CoV-2,且;
三、一周內與 SARS-CoV-2 感染者無已知的接觸史,且;
四、且符合下列條件任一者:

(一)曾在一年內接受實體器官或血液幹細胞移植
(二)接受實體器官或血液幹細胞移植後任何時間有急性排斥現象
(三)曾在一年內接受 CAR-T 治療或 B 細胞清除治療 (B cell depletion therapy)
(四)具有效重大傷病卡之嚴重先天性免疫不全病患
(五)具有效重大傷病卡之血液腫瘤病患(淋巴肉瘤、何杰金氏、淋巴及組織其他惡性瘤、白血病)
(六)感染HIV且最近一次 CD4 < 200 cells/mm3 者 。

符合上述條件之病友,可主動諮詢醫師。多數病友施打後沒有特別的不適感,少數病友會有些微噁心或疲倦感,為即時處理發生率極低的過敏性休克或輸注反應,需於輸注時持續監測並於輸注後於醫療單位觀察至少 1 小時。

目前藥品存放醫療院所部分如下,完整名單請見公費COVID-19複合式單株抗體領用方案

  • 北部

台大醫院(含台大癌症醫院)、台北榮總、三軍總醫院、振興醫院、馬偕醫院、萬芳醫院、雙和醫院、和信治癌醫院、亞東醫院、台北慈濟醫院、耕莘醫院、陽明交通大學附設醫院、林口長庚醫院、新竹馬偕醫院

  • 中部

         大千醫院、中國醫藥大學附設醫院、台中榮總、彰化基督教醫療財團法人彰化基督教醫院

  • 南部/東部

台大雲林醫院、成功大學附設醫院、奇美醫院、高雄長庚醫院、高雄榮總、義大醫院、高雄醫學大學附設醫院、花蓮慈濟

除了預防 也可用於治療確診者

長效型單株抗體不但可以增加免疫低下者的保護力,還可以用來治療「具重症風險因子且不需用氧」的輕症病患。根據臨床數據顯示,只要在出現症狀後的 5 天內投藥,可有效降低近七成 (67%) 的住院或死亡風險;如果是3天內投藥,則可大幅減少到近九成 (88%) 的住院或死亡風險,所以把握黃金時間盡早治療是關鍵。

  • 新冠治療藥物比較表:
藥名Evusheld
長效型單株抗體
Molnupiravir
莫納皮拉韋
Paxlovid
帕克斯洛維德
Remdesivir
瑞德西韋
作用原理結合至病毒的棘蛋白受體結合區域,抑制病毒進入人體細胞干擾病毒的基因序列,導致複製錯亂突變蛋白酵素抑制劑,阻斷病毒繁殖抑制病毒複製所需之酵素的活性,從而抑制病毒增生
治療方式單次肌肉注射(施打後留觀1小時)口服5天口服5天靜脈注射3天
適用對象發病5天內、具有重症風險因子、未使用氧氣之成人與兒童(12歲以上且體重至少40公斤)的輕症病患。發病5天內、具有重症風險因子、未使用氧氣之成人與兒童(12歲以上且體重至少40公斤)的輕症病患。發病5天內、具有重症風險因子、未使用氧氣之成人(18歲以上)的輕症病患。發病7天內、具有重症風險因子、未使用氧氣之成人與孩童(年齡大於28天且體重3公斤以上)的輕症病患。
*Remdesivir用於重症之適用條件和使用天數有所不同
注意事項病毒變異株藥物交互作用孕婦哺乳禁用輸注反應

免疫低下病友需有更多重的防疫保護,除了戴口罩、保持社交距離、勤洗手、減少到公共場所等非藥物性防護措施外,按時接種COVID-19疫苗,仍是最具效益之傳染病預防介入措施。若有符合施打長效型單株抗體資格的病患,應主動諮詢醫師,經醫師評估用藥效益與施打必要性。

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環境 DNA 猛獁象現蹤,化石消失幾千年後才真正滅團?
寒波_96
・2023/01/13 ・3572字 ・閱讀時間約 7 分鐘

國民法官生存指南:用足夠的智識面對法庭裡的一切。

一萬多年前冰河時期結束後,許多地方的生態系明顯改變,例如歐亞大陸和美洲的猛獁象都滅絕了,僅有少少倖存者,殘存於北冰洋的小島一直到 4000 年前。

上述認知來自對化石遺骸的判斷,可是最近由環境沉積物中取樣古代 DNA 分析,卻指出猛獁象等幾種生物,在亞洲和美洲大陸其實又延續了好幾千年。這些證據可靠嗎,猛獁象到底什麼時候滅絕?

距今 200 萬前的格陵蘭,生態想像圖。圖/Beth Zaikenjpg

古時候的環境 DNA,創下 200 萬年紀錄

DNA 原本位於生物的細胞之內,生態系中有很多生物,時時刻刻留下各自的 DNA,從土壤、水域等來源取樣分析所謂的「環境 DNA」(environmental DNA,可簡稱為 eDNA),能得知環境中包含哪些生物。

如果環境樣本能保存成千上萬年,那麼定序其中的 DNA 片段,再加上化石、花粉等不同線索,便有希望窺見古時候的生態系。

威勒斯勒夫(Eske Willerslev)率領的一項研究,藉由此法重現來自格陵蘭沉積層,距今 200 萬年之久的 DNA 片段,2022 年底發表時成為年代最古早的 DNA 紀錄,也得知當年存在格陵蘭的眾多植物與動物。[參考資料 5]

最出乎意料的莫過於乳齒象(mastodon),由於缺乏化石,古生物學家一直認為那時候的乳齒象,並未棲息於這麼北的地帶,此一發現充分展示出古代環境 DNA 的價值。然而 DNA 的探索範圍也明顯有侷限,例如該地區出土超過 200 個物種的昆蟲化石,DNA 卻只能偵測到 2 種。

猛獁象化石無存後幾千年,依然有留下 DNA

當時間尺度是百萬年時,實際是 200 萬 3300 年或是 199 萬 8700 年,也就是 200.33 或 199.87 萬,幾千年的誤差範圍無關緊要。但是當探討對象是最近一萬年,猛獁象的 DNA 究竟存在於 9000 或 6000 年前,意義就差別很大。

這兒的「猛獁象」都是指真猛獁象(woolly mammoth,學名 Mammuthus primigenius)。由另一位古代 DNA 名家波因納(Hendrik Poinar)和威勒斯勒夫各自率隊,同在 2021 年底發表的論文獲得類似結論:猛獁象化石消失的幾千年後,沉積物中仍然能見到 DNA,可見還有個體又存續幾千年。[參考資料 1, 2]

威勒斯勒夫主導論文的取材地點。以北極為中心,視角和台灣人習慣的地圖很不一樣。圖/參考資料 2

波因納率領的研究探討白令東部,也就是如今加拿大的育空地區,距今 4000 到 3 萬年前的沉積層;結論是原本認為早已消失的美洲馬、猛獁象,一直延續到 5700 年前。威勒斯勒夫戰隊取材的地理範圍廣得多,包括西伯利亞西北部、中部、東北部、北美洲、北大西洋,判斷猛獁象生存到 3900 年前。

更詳細看,威勒斯勒夫主導的論文指出,猛獁象在西伯利亞東北部最後現蹤於 7300 年前,西伯利亞中北部的泰梅爾半島(Taimyr Peninsula)為 3900 年前,此一年代和北冰洋的外島:弗蘭格爾島(Wrangel)之化石紀錄相去不遠。而北美洲則是 8600 年前,比波因納戰隊的 5700 年更早。

如果兩隊人馬的判斷都正確,意思是猛獁象(與某些大型動物)在北美洲延續到 5700 年前,在亞洲大陸與外島到 3900 年;比起當地出土最晚化石的時間,皆更晚數千年。

只有 DNA 不見化石,會不會是死掉好幾千年仍一直外流 DNA?

根據化石紀錄,冰河時期結束後,仍有少少生還的猛獁象在弗蘭格爾島一直延續到 4000 年前。由此想來,當大多數同類已經滅團時,某些地點還有孤立的小團體延續,並不意外。只是我們不見得能見到化石。

然而,威勒斯勒夫主導的論文受到挑戰。質疑者提出,猛獁象這類動物住在寒冷的環境,去世後遺體如果被冷凍保存,又持續緩慢解凍,在接下來的幾千年便有可能不斷釋出新鮮的 DNA,讓我們誤以為仍有活體。[參考資料 3]

舉個極端狀況。假如 2 萬年前死亡的猛獁象,去世後一直冷凍在冰層中,現在被我們取出解凍,也許其中仍保有不少生猛 DNA,可是實際上牠已經去世很久了。

上述質疑,應該是這類研究手法共通的潛在問題。發生在一百萬年前無關緊要,一萬年內卻會導致不小的誤判。

喔~~喔喔~~喔喔~~喔喔~爪爪

距今 1 萬多年前的育空,生態想像圖。圖/Julius Csotonyi

化石消失的時刻,往往比生物滅團更早

威勒斯勒夫戰隊則回應表示:論文結論沒有問題,沈積層中取得的古代 DNA 確實來自那時在世的動物。我覺得不論觀點是否正確,回應的思路都值得瞧瞧。[參考資料 4]

為什麼動物依然存在時,見不到當時的化石紀錄?主因是動物去世後,只有極低比例的個體會變成化石。一種動物在滅團以前,通常個體數目持續降低,少到一個程度後,還能留下化石的機率已逼近 0 。所以化石紀錄最後的時間點,早於動物實際消失的年代。

和化石相比,動物遺留 DNA 的機率遠高於化石。活生生的動物就會持續排放 DNA,死亡身體分解後又會釋出不少; DNA 未必會留在原本生活的地點,不過如今的偵測技術足夠敏銳,即使只有幾段也有機會抓到。

猛獁象,活的!

是否有可能,猛獁象去世幾千年仍持續釋出 DNA 片段?的確無法排除可能性。不過這項研究中有 4 個方向,支持沉積層之 DNA 源於族群規模大減,卻依然活跳跳的猛獁象。

不同時間,各地猛獁象的粒線體 DNA 型號。可以看出趨勢是,猛獁象分佈的範圍愈來愈窄,遺傳型號也愈來愈少。圖/參考資料 2

第一,如果環境中的 DNA 來自死亡多時的動物,那麼各地區應該都會見到類似現象。實際上只在少部分取樣地點偵測到。

第二,假如猛獁象遺骸緩慢分解,DNA 持續進入沉積層,同一地點的不同取樣應該都能見到。可是同一處地點,只有少數樣本能抓到猛獁象 DNA。

第三,不同沉積層取得的環境樣本,包含當時生態系中很多生物的 DNA。存在猛獁象 DNA 的樣本,也能見到適合猛獁象生態系的其他植物;表示猛獁象的命運,很可能與適合牠們生活的環境同進退。

第四,倘若較晚沉積層的猛獁象 DNA,直接源自較早去世的個體,遺傳多樣性應該不會變化。然而較晚出現的粒線體型號明顯變少,後來只剩下一款。

實際狀況沒人可以肯定。我覺得前三點,都涉及樣本保存的潛在問題,干擾因素較多。第四點大概是最有力的證據,支持環境沉積物中留下的 DNA 並非源於死象遺骸,而是活體猛獁象。

研究日新月異,腦袋也要趕上

科學研究日新月異,不少人見到論文寫什麼就信以為真,卻不了解做研究其實有很多限制,即使是結論「正確」的論文,也會處處碰到解釋的侷限。

持續搜集證據,反覆思考才能進步。腦袋要靈活運用,但是也不要胡亂腦補!

延伸閱讀

參考資料

  1. Murchie, T. J., Monteath, A. J., Mahony, M. E., Long, G. S., Cocker, S., Sadoway, T., … & Poinar, H. N. (2021). Collapse of the mammoth-steppe in central Yukon as revealed by ancient environmental DNA. Nature Communications, 12(1), 1-18.
  2. Wang, Y., Pedersen, M. W., Alsos, I. G., De Sanctis, B., Racimo, F., Prohaska, A., … & Willerslev, E. (2021). Late Quaternary dynamics of Arctic biota from ancient environmental genomics. Nature, 600(7887), 86-92.
  3. When did mammoths go extinct?
  4. Reply to: When did mammoths go extinct?
  5. Kjær, K. H., Winther Pedersen, M., De Sanctis, B., De Cahsan, B., Korneliussen, T. S., Michelsen, C. S., … & Willerslev, E. (2022). A 2-million-year-old ecosystem in Greenland uncovered by environmental DNA. Nature, 612(7939), 283-291.

本文亦刊載於作者部落格《盲眼的尼安德塔石匠》暨其 facebook 同名專頁

寒波_96
178 篇文章 ・ 704 位粉絲
生命科學碩士、文學與電影愛好者、戳樂黨員,主要興趣為演化,希望把好東西介紹給大家。部落格《盲眼的尼安德塔石器匠》、同名粉絲團《盲眼的尼安德塔石器匠》。

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動物其實吃不出甜食!因「偏食」而消逝的味覺演化——《舌尖上的演化》
商周出版_96
・2023/01/02 ・2011字 ・閱讀時間約 4 分鐘

國民法官生存指南:用足夠的智識面對法庭裡的一切。

本喵不懂甜食啦!

貓即便有了甜味受器,也不會更容易存活或繁殖,如果牠們花更多時間吸花蜜,吃獵物的時間就會變少,如此一來還可能會影響生存。因此,即便貓的祖先的甜味受器失去功能,牠依舊可以存活。

時任蒙內爾化學感官中心研究員的李夏發現:這個演化對貓不僅有存活的意義,更是現代貓科動物的味覺濫觴,沒有任何一種現代貓科動物具有活化的甜味受器,充滿花蜜與甘甜果實的森林對貓沒有一絲口慾上的吸引力。

如果你給一隻貓一片糖霜餅乾,呃,牠也不會理你;就算牠吃了餅乾,也沒辦法感受到糖霜帶來的愉悅感,因為這個餅乾對牠來說沒有甜味。

貓咪其實無法分辨甜味。圖/envatoelements

除了貓以外,其他肉食動物如海狗、亞洲小爪水獺、斑鬣狗、馬島長尾狸貓以及瓶鼻海豚,牠們的甜味受器也沒有作用,只是這些甜味受器基因出現的破壞性突變都屬於獨立的演化事件,不過也共屬於一種基因功能缺失的趨同演化。

有人可能會想問,為什麼其他肉食性動物的甜味受器沒有失去功能?例如貓的鹹味味覺受器,就跟其他肉食性動物一樣依舊安在,但牠們獵物體內鹽分的含量就足以應付生理所需,所以牠們的鹹味味覺受器喪失功能可能只是時間早晚的問題。

海獅已經喪失了甜味跟鮮味的味覺,海豚也是,而且海豚的無味人生開始得更早,牠們根本無法嚐出甜味、鹹味或是鮮味。對海豚來說,存在的只有飢餓感與飽足感,餓了就去吃飽,而牠們相信海裡任何長得像魚而且會動的東西都可以餵飽自己。

有人可能也會好奇,到底海豚的獵物要有什麼特色才能為牠們帶來進食的愉悅感?我們不知道。海豚的愉悅感從哪來、是什麼,至少到目前為止都是科學謎團。

不吃肉改吃素的大貓熊

特定味覺受器失去功能的情況,並不單發生在肉食性動物身上,也發生在食物選擇非常專一的動物身上。大貓熊的祖先屬於熊科動物,也跟現代的熊一樣是雜食性動物,會狩獵,會吃酸酸的螞蟻,也會吃甜甜的莓果。但到了大貓熊身上,新的食物偏好出現了,就是愛吃竹子,牠們吃竹子就可以活。

其實,當牠們才剛開始喜歡吃竹子時,竹子跟肉都是牠們愛吃的食物,但久而久之,仍然愛吃肉的大貓熊就變得難以生存或難以交配繁殖,或另一個機率較小的可能是,牠們的食物偏好無法符合生理需求,所以在覓食時無法專心致志。一段時間後, 大貓熊的鮮味受器就失去功能了,就像貓兒的甜味受器。現在就算你把肉端到大貓熊面前,牠們也不會碰上一口。

即便在多年後的未來,貓、海獅或海豚的後代也不太可能會嚐到甜味,大貓熊也依然無法嚐到鮮味,雖然隨著竹林減少,大貓熊對吃竹子的執著也讓牠們的數量不斷減少。從這些日常生活中的演化故事中我們學到:當某些東西成為需求時,比起破壞,建設是更困難的。但從頭做起雖然很難,也並非完全不可能。

現在的熊貓不在吃肉,演化成只吃竹子。圖/《舌尖上的演化》

過了三億年,蜂鳥才嘗到了「甜」的滋味

以甜味受器為例, 它在某些動物身上曾經失去功能, 但後來又重新復活了。三億年前,現代鳥類、哺乳類與爬蟲類的祖先,應該可以嚐到食物中的鹹味、鮮味與甜味,然而現代鳥類的甜味味覺沒了,不知是什麼原因,牠們的甜味受器都失去了功能。因此鳥類無法嚐出甜味,至少大多數鳥類都無法。

蜂鳥是從古燕演化而來的,而古燕跟現代的燕子一樣專門吃昆蟲,喜歡品嚐蟲子體內會出現的鮮味,對於糖分則沒什麼興趣。但在大約四千萬年前,有一群燕子開始以花蜜與含糖物質為食,可能只是為了解渴。一般鳥類並無法嚐出花蜜的甜味,所以牠們吸食花蜜就像在喝水,但花蜜畢竟不是水,裡面可富含著糖分。

因此有一假說猜測,那些喝到比較多花蜜的鳥可能獲得更多能量,因此更有機會將牠們的基因傳給後代,而牠們的鮮味受器在演化過程中,變成不只辨識原本的鮮味成分﹙像麩氨酸或是某些核苷酸﹚,也可以同時偵測糖分。

出現這種特徵的古燕就是最早的蜂鳥。蜂鳥跟一般鳥類不同,不僅能嚐出胺基酸,也能嚐出糖分。不過牠們只靠同一種味覺受器,所以胺基酸跟糖分對牠們來說,應該是同一種味道,一樣是帶來愉悅感的「鮮甜味」。

動物吃下新食物而產生美味感受的同時,也滿足了營養所需,這類美妙的演化故事,正是生物藉由愉悅感以精巧調控的生化機制滿足需求的例子。只要持續研究味覺受器的演化,我們就會發現更多類似的故事。

——本文摘自《舌尖上的演化》,2022 年 12 月,商周出版出版,未經同意請勿轉載。

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