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像《星際效應》讓人進入冬眠

鄭國威
・2015/01/09 ・1792字 ・閱讀時間約 3 分鐘 ・SR值 544 ・八年級
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Pin It Credit: Dreamstime

星際旅行都要費時數年,不只太空船要準備足夠的糧食,甚至人類終其一生還到達不了遠得要命的星系。這時候,像電影《星際效應》中的「冬眠艙」,就是許多星際旅行科幻作品中重要的概念了。但是,人類可能像動物一樣進入「凍齡」的冬眠狀態嗎?

這個看似奇蹟般的不可思議假設,在近期來的病例報告中陸續被揭露。2006年有位35歲的日本男性失蹤24天後,在雪山山坡被成功搜救,離奇的是他似乎是以近乎假死的狀態生存了下來:他的器官停止運作,體內溫度降了華氏71度,且新陳代謝放慢至幾乎是停滯狀態。但獲救後沒多久,他又完全復原了。

這麼離奇的事情怎麼發生的呢?難道這位日本人真的像熊一樣的冬眠了嗎?還是他擁有限於少數幸運者、或特定情況下才有的能力,使他可以進入長期的休眠並甦醒,那我們也可以嗎?

近年來許多科學家開始相信,那些奇異的存活故事或許不單純只是僥倖或媒體誇大,而有可能是所有人類都具備的潛在能力-休眠。

硫化氫(hydrogen sulfide):令人長眠的氣體

西雅圖福瑞德.哈金森癌症研究中心(Fred Hutchinson Cancer Research Center)的細胞生物學家馬克.羅特(Mark Roth)和他的同事認為,氣化的硫化氫可能是造成假死狀態的關鍵。

2005年的一項實驗為這項論點帶來了轉捩點,研究人員讓實驗用鼠吸入高劑量的硫化氫氣體,並首次成功誘發了冬眠反應。硫化氫取代氧氣並和細胞產生化學鍵結,有效的中斷老鼠體內所有的代謝過程,且顯著的減少了牠們的體內溫度,幾個小時後,當科學家以正常空氣替換硫化氫後,老鼠從冬眠中甦醒且沒有顯現任何不良的影響。

羅特在《科學》(Science)的研究結果中表示:「我們認為這有可能是所有哺乳類甚至是人類都有的潛在能力,而現在我們只是在試圖控制它,依需求開啟或終止誘發休眠狀態。」

自此之後,羅特實驗室中的研究人員便繼續以硫化氫實驗,他們利用秀麗隱桿線蟲(C. elegans)來測試反應,博士後研究生傑森.皮特(Jason Pitt)表示:「如果你暴露在硫化氫中,你會像被「擊倒」(knockdown)般立刻失去意識,持續停留在原地會導致死亡,但如果你離開並接觸新鮮空氣你就能復原,而這些寄生蟲對於硫化氫有和人類相同的反應。

由於寄生蟲和人類對於硫化氫有相似反應,且秀麗隱桿線蟲的基因較為簡單好操作,使我們更易於破解硫化氫所造成的反應,對於探討這化學之間耐人尋味的反應來說,這是個完美的模式生物(model organism)。

研究人員期許有一天,這種氣體能使用於誘發人類的休眠反應,甚至應用於長途的太空旅行中。

INTERSTELLAR
Photo Source:www.worldscreen.com.tw

“想去木星,但太空船內裝不下足夠的食物嗎?那就一路休眠吧!”

 

“需要腎臟移植,但排不到器官捐贈嗎?那就邊睡邊等吧!”

 

但這些想法似乎還稍嫌遙遠,皮特表示:「由於我們對於硫化氫的作用所知甚少,還無法確定能否使人類產生和其他生物完全相同的結果,我們需要藉由研究不同的相關分子和其運作方式,學習更多有關劑量和反應之間的關係,才能釐清這是怎麼回事。」

如果最終氣體暴露的方式可以用於引發人類假死狀態,那要如何解釋一些特例中人類自發性地進行休眠狀態呢?

對此,皮特表示:「在我們的實驗初期,便已知我們的身體內原本就含有硫化氫,有越來越多的證據顯示這是種體內的調控分子,只是我們還不知道它的功能或它如何運作。」

雖然科學家聲稱他們對硫化氫所知甚少,但他們認為這種物質自從目前已知生命的起源-35億年前便存在我們體內。

我們跟細菌有多像?

皮特表示:「有越來越多的想法認為,人類和其他哺乳類有進入假死狀態的潛在本能,地球形成初期並沒有氧氣,且確實產生了許多如硫化氫的含硫化合物。如今世界上依然有許多的生物,當時是生活在呼吸硫化氫的極端環境中,而生物會背負這些曾經的演變過程,因此人類擁有進行自古以來的化學反應的本能並不是奇怪的事。而我們現在在討論的事,發生在35億年前當氧氣開始出現,藍綠菌開始改變地球的化學作用之時。」

許多細菌能夠藉由開啟或關閉他們的代謝反應,以發展生存的機制,依照皮特的論點來說,人類或許也沒差多遠。

皮特表示:「我們真核生物是共生生物,我們的粒線體便是從細菌演化而來,基本上我們跟細菌的差異性可能比想像中來的小。」

參考資料:

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鄭國威
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觀賞蝦身上長蟲?俗稱蝦蛭、也不盡然是寄生蟲的蛭蚓

YTLai_96
・2020/12/29 ・3250字 ・閱讀時間約 6 分鐘 ・SR值 530 ・七年級

近年來觀賞蝦養殖興起,連帶的也讓許多人注意到心愛的蝦子身上有時會出現細長的條狀物。對飼主而言,這些像水蛭一樣用前後吸盤交錯黏附移動的不速之客,通常都稱之為「蝦蛭」,而且看那副噁心的長條模樣,勢必就是寄生在蝦子身上造成病狀的禍首,非除之而後快不可。

不過,這些坊間流傳的資訊裡頭其實有些誤會,且讓我們一一道來。

黏在淡水蝦頭上的兩隻蛭蚓。圖/作者提供

那些很像蛭類的小東西

首先,雖然這些細長條狀的蟲像水蛭一樣,用前後吸盤交錯黏附移動,但是牠們其實並不真的屬於蛭類,而是蛭類的親戚,叫做蛭蚓(Branchiobdellidan)。

蛭蚓,顧名思義,就是長相上介於蚯蚓和蛭類的動物。一般而言,蛭蚓的體型微小,身體圓柱狀,僅有數公釐至一公分出頭。雖然蛭蚓和蛭類一樣都是以頭尾交替吸附的方式移動,但蛭類擁有口吸盤和尾吸盤,蛭蚓卻只有尾吸盤而沒有口吸盤。此外,比起擁有 27 節軀幹體節的蛭類,蛭蚓的軀幹體節數僅有 11 節,加上癒合為頭部的 4 節體節也才 15 節。整體而言,似乎像是簡單版的蛭類,因此 21 世紀之前,蛭蚓被視為是較原始的蛭類。

然而,藉著分子親緣技術與工具的進步,本世紀初的研究發現蛭蚓是與蛭類有共祖的姊妹群,而不是原始的蛭類。因此,蛭蚓身上這些看似簡單版的蛭類特徵,應該只是共祖的後代在適應環境的過程中演化的結果。

蛭蚓在解剖顯微鏡下的模樣,左邊為游離搖擺的頭部,右邊則是吸附於表面的尾吸盤。圖/作者提供

蛭蚓或許礙眼,但並不一定是寄生蟲

和蛭類相比,蛭蚓的生活史實在是更不獨立了點。蛭類當中僅有一部份種類不時得附著在其他動物身上吸血營生,但目前已知的所有蛭蚓終其一生都必須附著在其他動物身上,而且絕大多數是以淡水蝦如螯蝦、米蝦為附著的優先選擇,但也有附著於淡水等足目或其他淡水蝦蟹的記錄,因此蛭蚓對於附著的淡水甲殼類種類並沒有強烈的專一性。

話說回來,蛭蚓雖然整個生活史都要依附在淡水蝦身上,但並不表示牠一定就是對淡水蝦有傷害的寄生蟲。如果蛭蚓的依附讓淡水蝦的生活變得更辛苦,那麼蛭蚓就是對淡水蝦宿主有負面影響的寄生蟲;但如果蛭蚓的依附生活史對淡水蝦不痛不癢,那麼蛭蚓和淡水蝦宿主就是片利共生的關係;而若是蛭蚓的存在讓淡水蝦生活得更好,那麼兩者就是互利共生的關係了。

因此,雖然坊間對蛭蚓在觀賞蝦身上的危害言之鑿鑿,但過去的研究顯示,蛭蚓的食性其實多半是其他更小的無脊椎動物或浮游生物,也會啃食宿主外骨骼上附著的單細胞藻類和其他有機碎屑,況且牠們由兩片硬化的顎構成的口器,實在也不適合啃食宿主的組織或吸食宿主的體液。先前的多數研究也發現,北美洲的蛭蚓待在螯蝦宿主身上,大部分時候既不會提高螯蝦的死亡率,也沒有其他明顯的負面影響,因此蛭蚓和淡水蝦的關係,應該是以對蛭蚓有利、對淡水蝦宿主無害的片利共生為主。

北美螯蝦螯上的蛭蚓。圖/Wikipedia

更進一步而言,蛭蚓依附在淡水蝦身上啃蝕宿主外骨骼黏附的藻類和碎屑,其實可能對宿主是有利的。在一些先前的研究中發現,當蛭蚓在螯蝦宿主身上達到相當密度,則可能因為清理了淡水蝦宿主身上和鰓上沾附的碎屑和藻類,讓宿主變得更身輕如燕而健康,因此蛭蚓和淡水蝦宿主就像是清潔蝦與海鰻一樣,形成了互利共生的雙贏局面。

清潔蝦與海鰻的互利共生關係。圖/Wikipedia

然而,要說蛭蚓在淡水蝦身上一點壞處都不會有,倒也不盡然。近年來的研究發現,當蛭蚓在淡水蝦身上的密度過高,可能就會在吃光了宿主外骨骼上附著的碎屑和藻類之後轉而啃食宿主的鰓組織,因此對宿主造成了負面影響。過高的蛭蚓密度也會限制淡水蝦宿主的移動能力,讓宿主無法正常進食,並且更容易成為捕食者的目標。蛭蚓的胃內含物分析也發現,蛭蚓幼體的消化道中的確有宿主的鰓組織,但蛭蚓成體卻沒有,而且只有棲息在宿主鰓部的蛭蚓,消化道中才會出現宿主的組織。因此,在蛭蚓的生活史中,或許只有早期生活史的幼體階段,而且只有在蛭蚓正好棲息於淡水蝦鰓部的時候,才可能轉以寄生的形式造成宿主負面影響。

台灣的蛭蚓目前僅一種,而且所知不多

話說回來,上述的研究都是以北美的蛭蚓和螯蝦宿主為研究的對象。在台灣,目前已知的蛭蚓只有平頭霍氏蛭蚓(Holtodrilus truncatus一種,這種蛭蚓廣泛分佈在台灣、日本、韓國與中國,而且多半是在俗稱黑殼蝦的擬多齒米蝦(Caridina pseudodenticulata)、台灣米蝦(Caridina formosae)、白斑米蝦(Caridina leucosticta)、多齒米蝦(Caridina multidentata)、甚至玫瑰蝦(Neocaridina davidi)等的小型淡水蝦身上發現。根據研究,目前僅知分佈於日本本州中部紀伊半島的平頭霍氏蛭蚓的確存在著某些宿主偏好,當兩種不同的淡水蝦同時存在時,會選擇特定一種做為宿主,而且對宿主的選擇偏好也符合在野外觀察到的感染盛行率。至於牠們對宿主的影響是否相似於北美的蛭蚓和螯蝦宿主,也還不得而知,或許因為宿主的相對體型更小,使得台灣的蛭蚓和淡水蝦之間更可能趨近於寄生關係也說不定。

尷尬的是,由於近年來台灣在觀賞淡水蝦市場上輸出了不少淡水蝦個體,連帶的也讓平頭霍氏蛭蚓輸出到世界各國,成了異國水族缸裡的新成員。2020 年的波蘭研究發現,120 隻從台北運到華沙的水族賞玩用的台灣米蝦當中,總共找出了 122 隻附在蝦子身上的平頭霍氏蛭蚓,整體來說這些米蝦感染蛭蚓的比例達 23.3%,感染蛭蚓的米蝦身上平均有 4.4 隻蛭蚓。區分米蝦的性別來看,雄蝦感染蛭蚓的比例似乎稍高,但雌蝦感染的蛭蚓平均數量比較多。平頭霍氏蛭蚓感染的位置也有所偏好,有 44.3% 的感染落在胸足區域,22.1% 的感染在額角附近,其次是 21.3% 的感染在腹足與腹部區域,最後才是 12.3% 的鰓部感染。此外,雖然雌雄米蝦同樣在胸足區域有最多的感染,但雄蝦被蛭蚓感染的位置更常發生在腹足與腹部區域(43.3%),卻不曾出現在額角;反觀雌蝦被蛭蚓感染額角區域有29.3%,在腹足與腹部區域則僅有14.1%。

如何去除平頭霍氏蛭蚓

讓淡水蝦玩家皺眉的消息是,在 2020 年這一篇研究中,雌性台灣米蝦的鰓部、腹足和腹部區域的確可見些許損傷,雖然也可能有其他的原因,但這有可能就是因為平頭霍氏蛭蚓活動造成的。所以,即使蛭蚓可能無害,但對淡水蝦玩家來說,或許是看了討厭、或者是為求保險,總之也許還是希望將蛭蚓除之而後快。那麼,到底該怎麼做才好呢?

其實,去除蛭蚓最簡單的方式,就是將水體鹽度升高到 0.5% 以上。根據 2016 年的日本研究,平頭霍氏蛭蚓在水體鹽度達1%時,三小時內就會死光光,不過這個實驗是把蛭蚓從宿主身上取下來以後才進行的,所以各位淡水蝦玩家們哪天要是想依法炮制,千萬務必先確定手上的淡水蝦能夠忍受鹽度 1% 超過三小時,否則為了去除蛭蚓結果也讓心愛的蝦子魂歸西天,宿主因為附生的無害小蟲而玉石俱焚豈不得不償失,你說是不是哪?

參考文獻:

Brown BL, Creed RP, Dobson WE (2002) Branchiobdellid annelids and their crayfish hosts: are they engaged in a cleaning symbiosis? Oecologia 132: 250–255

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Farrell KJ, Creed RP, Brown BL (2014) Preventing overexploitation in a mutualism: partner regulation in the crayfish–branchiobdellid symbiosis. Oecologia 174: 501–510

Maciaszek R, Jabłońska A, Prati S, Swiderek W (2020) First report of freshwater atyid shrimp, Caridina formosae (Decapoda: Caridea) as a host of ectosymbiotic branchiobdellidan, Holtodrilus truncatus (Annelida, Citellata). Knowledge & Management of Aquatic Ecosystems 421: 33–40

Niwa N, Archdale MV, Matsuoka T, Kawamoto A, Nishiyama H (2014) Microhabitat distribution and behaviour of Branchiobdellidan Holtodrilus truncatus found on the freshwater shrimp Neocaridina spp. from the Sugo River, Japan. Central European Journal of Biology 9: 80–185

Tanaka K, Wada K, Hamasaki K (2016) Distribution of Holtodrilus truncatus, a Branchiobdellidan Ectosymbiotic on Atyid Shrimps in the Kii Peninsula, Western Japan, with Reference to Salinity Tolerance and Host Preference. Zoological Science, 33: 154–161

大高明史,陳榮宗(2010)台灣內水域新紀錄一種蛭蚓類及四種貧毛類。台灣生物多樣性研究 12: 97–110

大高明史,格爾德,大和茂之,陳榮宗,西野麻知子(2015)台灣匙指蝦類體表兩種外共生蛭蚓目及切頭類之共棲。台灣生物多樣性研究 17: 253–262

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YTLai_96
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也許永遠無法自稱學者,但總是一直努力學著
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