海洋環境裡的鐵是很珍貴的。生物要生存需要足夠的鐵放在酵素裡，植物要有鐵才能製造葉綠素。但是環境裡大部份的鐵卡在礦石裡生物吃不到，只能搶著拿溶解在水裡的低濃度的鐵，於是在很多地方，鐵是個對生物量的主要限制。 海水裡缺鐵，如果鐵變多了，微生物增加，藻類也會增加。前幾年科學家們還在爭論是不是要在海水裡倒下大量的鐵讓藻類多長一點，來幫我們清掉一些二氧化碳。後來的證據發現可能會有毒藻變多等等的不良影響，還好當年没有真的執行這個大規模改變環境的措施。

現在這裡又多了個跟鐵有關的故事。萊恩群島(the Line Islands)在太平洋中間，位於夏威夷群島的南邊。這一區是美麗的珊瑚礁，是個你會想賴在那裡不走的觀光景點。故事發生在萊恩群島裡的三個環礁區(Millennium，Tabuaeran，Kingman Reefs)。這三個環礁都有沉船，典型人類活動帶來的破壞。這麼大的海洋沉了條幾十公尺長的小船應該没什麼大不了吧？經過三年，金門環礁(Kingman reef)中沉船附近出現了明顯的變化： 水變濁了，珊瑚原本覆蓋水下 40-60% 的面積，現在只剩不到 10%，慢慢被藻類及藍綠菌覆蓋死亡。原本漂亮的珊瑚礁變得髒髒暗暗的，讓這一帶的受害區域被稱為黑礁區(black reef)。

這些受影響的黑礁區大小都在 0.75 平方公里以上，你可以想像一下 900 公尺寬 900 公尺長的停車場有多大。研究人員發現底棲生物的改變是以沉船為中心隨距離遞減。在黑礁區測得環境鐵濃度比附近高，黑礁區藻類的細胞裡含鐵量也是附近區域藻類的六倍。利用總基因體學方法(metagenomics)對環境裡生物進行 DNA 分析， 研究人員找到大量與鐵相關的毒力基因及病原菌，顯示鐵濃度增加改變了該地的微生物組成特性。

但是單單改變附近生長的生物，就會影響珊瑚礁的健康嗎？過去的研究已經知道，當珊瑚被其它覆蓋住的時候會使得住在珊瑚上的共生藻類没辦法行光合作用，為了保命而遺棄珊瑚走人，使得珊瑚失去重要養份提供者而逐漸走向死亡。研究人員採集健康珊瑚及蓋有黑礁區微生物的石頭回實驗室，發現當珊瑚跟黑礁區石頭養在一起的時候死亡率很高，如果培養時再在水中加點鐵死亡率更高。他們在有珊瑚，黑礁區石頭，有鐵的水裡加入抗生素之後，珊瑚的存活率回升，證實兇手應該是可以被抗生素殺死的微生物。此時我們大概可以拍板論定，人類的沉船造成水中含鐵量上升，使得水中微生物數量增加及藻類增加，給了善於利用鐵的病原菌繁生的機會，而這可能就是導致黑礁區珊瑚大量死亡的重要原因。這個影響可能禍延子孫；在這個研究的樣區裡， 就有兩個黑礁區的沉船都是數十年前陳年往事留下的古董了，而這個災難還没結束，黑礁區依舊存在。

海洋真的對我們人類丟下去的東西都概括承受嗎？我們只是太瞎，没看見不久後就要回到自己身上的災難而已。

研究原文：Kelly, L. W., Barott, K. L., Dinsdale, E., Friedlander, A. M., Nosrat, B., Obura, D., … & Rohwer, F. (2012). Black reefs: iron-induced phase shifts on coral reefs. The ISME journal, 6(3), 638-649.

相關報導：Black Reefs–When the Ship Hits the Reef, Enric Sala, National Geographic

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• 本文與新興科技媒體中心合作，內文經泛科學改寫。
• 完整文章請見：「讓小鼠禁食有促進代謝與防護老化的效果」專家意見
• 資料更新至 2021 年 10 月 19 日

2021 年 10 月 18 日，國際期刊《自然醫學》（Nature Medicine）公開的一篇研究論文，探討飲食模式和改善生理健康之間的關係。研究將小鼠總共分為五組：（1）自由取食、（2）限制 30% 的熱量攝取，但沒有禁食期、（3）限制 30% 的熱量攝取，半天內給食三次，另外半天禁食、（4）限制 30% 的熱量攝取，每天只給食一次，其他 21 小時禁食、（5）熱量攝取總量不變，但每天禁食 21 小時。

研究運用液相層析質譜儀（Liquid chromatography–mass spectrometry），以及轉錄組分析（Transcriptional profiling）等方法，發現僅「禁食」而沒有減少攝取的總熱量，就足以得到在限制熱量的飲食模式時出現的大部分代謝與核酸轉錄的特徵，以及延長壽命、防止衰弱等健康上的好處。

該研究歸納出以下三大結論：

1. 過往研究限制熱量攝取的好處時，無法分辨原因是「總卡路里攝取下降」還是「有規律的長時間禁食」。這篇研究協助釐清熱量限制帶來好處的原因，發現單純禁食而並不減少總熱量攝入，就足以達到有助代謝和延緩老化這些健康效果。
2. 研究是在特定的條件下所觀察到的現象，不同性別及不同品系的小鼠，禁食的效果就不同，無法廣泛推論於不同物種或不同飲食文化的個體。
3. 禁食很可能是限制卡路里攝取時，可改善健康和長壽所必需的關鍵。如果可以證明適用於人類，未來可能幫助人們在不需要減少卡路里攝取總量的情況下，也能延緩老化、促進健康。

大爆吃再間歇性禁食更健康？仍有待證實

臺大醫學院腦與心智科學研究所教授王培育指出，適當的飲食限制對於促進代謝、預防疾病及延長壽命的益處已是廣為人知。然而在早期用酵母菌、線蟲及果蠅作為實驗對象的研究中，受限於實驗模式，大多是以稀釋食物中的營養成份且自由飲食的方式來觀察飲食限制的好處 ^[1][2][3]。

而在哺乳類中，小鼠或猴子實驗則是以每日一到二次或數日一次的方式，餵食正常食量的 40-80% ^[4][5]，因此，一直以來飲食限制所帶來的好處被認為是降低日常飲食中卡路里的總量所導致。但是這些傳統的觀點在近年來的研究中已是備受挑戰，例如每日限制時間或食物量的餵食或禁食（於幾個小時內自由飲食或吃完定量的食物），也可明顯的達成健康長壽的好處 ^[6]。

所以，重要的究竟是卡路里減量，還是禁食？本篇研究利用特定品系的小鼠，以系統性的方法實驗數種飲食的模式並且分析多種代謝及生理指標。結果顯示適當的禁食，可能是影響健康指標的關鍵，然而這是否意味著大吃大喝但間歇性的禁食是比少量及少餐更好的選擇呢？有待日後有更多的研究證據來說明。

規律禁食／進食，比總熱量攝取更重要

王培育也指出，這份研究僅使用了兩種品系的公、母小鼠進行研究，便可觀察到飲食限制對於不同性別及兩種品系小鼠的生理反應造成許多的差異，顯示本研究是在特定的條件下所觀察到的現象，無法廣泛推論於不同物種或不同飲食文化的個體。

這份研究提供一個重要的概念，適當的禁食可以達成傳統的飲食限制（禁食加上卡路里減量）對身體健康的好處，因此營養均衡、不必在卡路里上斤斤計較，一樣可能擁有健康長壽。

王培育指出，這份研究詳盡的比較了長期限制總熱量攝取與間歇性禁食，對代謝、老化以及壽命的影響，結果也顯示了有規律的間歇性禁食也許就足以帶給我們健康上的各種好處。這告訴我們，吃什麼、吃多少固然重要，何時吃以及飲食是否規律也許更重要。這結果與上月一篇發表在期刊《自然》（Nature）上的果蠅間歇性禁食實驗結果不謀而合 ^[7]。

「禁食」才是有助代謝的關鍵

國立中興大學食品暨應用生物科技學系特聘教授蔣恩沛指出，過去許多研究都發現「限時進餐」或「限制進餐量」具有代謝益處，並延長小鼠的壽命。然而這些發現並無法釐清，哪些是純粹因為減少熱量攝入引起的好處，而哪些是因實驗要控制卡路里而無形中施加了禁食所致。

本研究在小鼠實驗中發現，限制卡路里的飲食方式，促成葡萄糖代謝、虛弱和壽命的各項改善，其實需透過「禁食」來達成。研究推翻了長期以來認為卡路里限制飲食對哺乳動物有益僅是由於減少總熱量攝取的觀點，並強調當中的「禁食行為」才是有助代謝（例如提升胰島素敏感性）和延緩老化這些保護作用的重要原因。

研究結果揭示了我們何時以及吃多少食物，如何調節代謝健康和壽命，並證明每天延長禁食，而不僅僅是減少熱量攝入，可能是熱量限制飲食對改進代謝和延緩老化的原因。過去已有研究表明，延長兩餐間隔對健康有益，本研究結果與過去研究也有相當的一致性。

蔣恩沛表示，人類老化過程中所伴隨的退化過程和疾病，有許多變因，除了攝食量、飲食方式、種類，還有基因、環境因素，甚至腸道菌相，均可能扮演角色，遠比實驗動物複雜。然而可以確定的是，限制熱量攝取可提供代謝上的益處，並可能減緩衰老、延長壽命。

本文編譯自科學期刊文章，完整文章來源：

• Heidi H. Pak, et al. (2021) “Fasting drives the metabolic, molecular and geroprotective effects of a calorie-restricted diet in mice.” Nature Medicine. https://doi.org/10.1038/s42255-021-00466-9

參考資料：

• [1] Longo, Valter D., Shadel, Gerald S., Kaeberlein, M. & Kennedy, B. (2012) “Replicative and Chronological Aging in Saccharomyces cerevisiae.” Cell Metabolism 16, 18-31, doi:https://doi.org/10.1016/j.cmet.2012.06.002.
• [2] Panowski, S. H., Wolff, S., Aguilaniu, H., Durieux, J. & Dillin, A. (2007) “PHA-4/Foxa mediates diet-restriction-induced longevity of C. elegans.” Nature 447, 550-555, doi:10.1038/nature05837.
• [3] Mair, W., Goymer, P., Pletcher Scott, D. & Partridge, L. (2003) “Demography of Dietary Restriction and Death in Drosophila.” Science 301, 1731-1733, doi:10.1126/science.1086016.
• [4] Mattison, J. A. et al. (2017) “Caloric restriction improves health and survival of rhesus monkeys.” Nature Communications 8, 14063, doi:10.1038/ncomms14063.
• [5] Weindruch, R., Walford, R. L., Fligiel, S. & Guthrie, D. (1986) “The Retardation of Aging in Mice by Dietary Restriction: Longevity, Cancer, Immunity and Lifetime Energy Intake.” The Journal of Nutrition 116, 641-654, doi:10.1093/jn/116.4.641.
• [6] Regmi, P. & Heilbronn, L. K. (2020) “Time-Restricted Eating: Benefits, Mechanisms, and Challenges in Translation.” iScience 23, 101161, doi:https://doi.org/10.1016/j.isci.2020.101161.
• [7] Ulgherait, M., Midoun, A.M., Park, S.J. et al. (2021) “Circadian autophagy drives iTRF-mediated longevity.” Nature 598, 353–358, doi: https://doi.org/10.1038/s41586-021-03934-0.

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