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抗病基因的秘密:侵入者與宿主

探索頻道雜誌_96
・2015/04/08 ・3934字 ・閱讀時間約 8 分鐘 ・SR值 597 ・九年級
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024-037 抗病基因的秘密7
巨噬細胞吞噬細菌,這是免疫系統對感染的反應之一。出自《探索頻道雜誌國際中文版》,點擊看看它在雜誌裡的樣子。

侵入者和宿主

儘管致命疾病看似想殲滅所有病人,但其實並非如此。事實上,每當免疫系統遭受攻擊時,侵入者和宿主之間就會展開軍備競賽。

穆勒解釋,以瘧疾為例,人類免疫反應和瘧原蟲(引發瘧疾的寄生蟲)的交互作用,維繫了人類和寄生蟲之間的平衡。「如果一種具備特定基因的寄生蟲變得普遍,就會有比較多人接觸到這種寄生蟲,從而演化出免疫力,」穆勒說明, 「如此這種寄生蟲就比較難在群體中傳播而存活,這會對該種寄生蟲施加選擇壓力,使其調整基因結構。」

穆勒說,這種過程稱為平衡性天擇,我們與古老的病原體之間常有這種關係。瘧疾其實可由多種不同的近親瘧原蟲傳播,穆勒指出,其中「間日瘧原蟲是比惡性瘧原蟲古老的人類寄生蟲,與我們一起演化的歷史較長」。他補充說明, 如此久遠的關係造成的結果就是,雖然間日瘧原蟲也可能導致病重和死亡,但機率比較晚出現的惡性瘧原蟲低得多。

至於相對年輕的伊波拉病毒不久前才從果蝠跳船到猿猴和人類身上。根據世界衛生組織(WHO),大猩猩和黑猩猩等靈長動物都是使人類罹病的可能傳染源。然而穆勒指出,新的研究資料顯示這些靈長目動物跟我們一樣,都是「偶然宿主」,他說,「換言之,這些靈長動物感染並傳播了伊波拉病毒,但並非製造病毒的『常備宿主』。」他說明,目前認為伊波拉病毒最初的傳染窩是果蝠──而食用果蝠很可能是疫情爆發的原因。

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伊波拉是相當晚近的病原體,這似乎能說明此種病毒為何如此致命。他指出:「伊波拉病毒和人類之間尚未彼此適應,因此病起來會非常嚴重,致死率很高,接著高致死率就會對人類的基因體施加選擇壓力──可能也就會對伊波拉的基因體施加選擇壓力,」他補充,「因為對病原體來說,通常殺死宿主並不是理想的演化結果。

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在穿透式電子顯微鏡下的伊波拉病毒超微結構。出自http://commons.wikimedia.org

代代相傳

無論在哪個人類群體中,感染疾病的人口百分比很大一部分取決於病原體傳播的難易度。流行性感冒傳播迅速,且多數人都經常接觸這種病毒,因此通常只會產生溫和的感染症狀;某些突變的流感病毒對人則更有殺傷力,好比一戰後逾 5 億人罹患的「西班牙流感」就是一例,當時共造成 5000 萬到 1 億人死亡,另外新型流感(H1N1)更在 2009 年的大流行中奪走超過 20 萬 3000 人的性命。

「舉例來說,罹患瘧疾的機率取決於蚊子的數量和大家被叮咬的頻率,」穆勒解釋,「在傳染迅速的熱帶地區,多數人都會感染,而首次感染瘧疾的成年人若未經治療,死亡率約是 15%到 20%,兒童則稍低。」穆勒說,這個比例經過遺傳適應會大大降低。「族群很快能獲得對(致命) 瘧疾的免疫力,到第二次患病時的死亡機率就大幅下降,待罹病三到五次後,致死率已經近乎零。」

霍亂弧菌。出自《探索頻道雜誌國際中文版》,點擊看看它在雜誌裡的樣子。

當然也有人無論在多惡劣的條件下都不會感染。不久前,人類基因體的解碼揭示了抵抗疾病能力的驚人事實。聲譽卓著的《自然》期刊於 2014 年 10 月號發表一篇由瑞士科學家主導的跨國團隊研究,此研究說明了為何某些人能迅速中和流感病毒──這類病毒一直長伴人類左右,而我們對它們也瞭若指掌。

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原來中和病毒的是一些會附著在血球凝集素(haemagglutinin)上的抗體。 血凝素是病毒表面呈釘狀突起的蛋白,能牢結細胞中特定的醣鏈,像把尋找鎖孔的鑰匙,一旦找到,血凝素便附著在細胞上,然後像木馬屠城般釋出其他蛋白, 操控細胞的運作。

然而血凝素卻也是病毒的罩門。這支跨國團隊的科學家發現,某種抗體經過一次突變後便能中和多種流感病毒,方法是牢結於血凝素蛋白的特定部位。製造這種抗體需要一種叫 VH1-69 的基因片段,這種基因片段以兩種形式出現在人體中,其中一種可以產生前述能中和多種病毒的抗體──而擁有這種基因的人頗多。有些人缺乏這種基因片段,無法產生此抗體,但仍能結合其他基因片段,製造出抵抗流感的抗體,但是過程較費時,效果也不一定那麼好。科學家現在希望運用這項發現來研發疫苗,誘發廣效性的流感抗體反應。

但同時我們仍得感謝祖先已經賜給我們能抵禦多種感染的抵抗力,我們之所以擁有與生俱來的遺傳抵抗力,是因為先人接觸過這些病原體或其近親。此外, 突變也可能自發產生──我們也可能在偶然之中獲得防護,只不過這類自發性的突變在特定疾病爆發、經過天擇之前通常十分罕見。

穆勒說,這類突變能幫助我們打各式各樣的仗,有些戰役我們甚至渾然不覺。他表示:「許多突變能夠保護我們不被疾病奪走性命,這類突變不只影響基因對特定病原體的表現,還能幫助我們抵禦多種病原體入侵──甚至是我們從未碰過的種類,這現象就稱為交叉抵抗性。

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舉例來說,據估計有 1%的北歐人後代對愛滋病幾乎免疫──尤其是擁有瑞典血統的人,這些對人體免疫缺陷病毒(HIV)有高度免疫力的人身上都有一對突變基因,可防止免疫細胞產生一種名為 CCR5 的受體。這種受體就像一枚愛滋病毒專屬的鎖,一旦拿掉了這道鎖,愛滋病毒就無法闖入而佔領細胞。

耐人尋味的是,儘管 HIV 是相當年輕的病毒,但研究人員透過分子考古學, 估計此突變其實大約在中世紀時就已經出現。科學家認為此基因突變很可能是演化來幫助我們抵禦天花或痢疾的,這兩種都是千萬年來帶給人類無數苦難的恐怖疾病。

目前已知還有其他突變也提供了我們對疾病的抵抗力。舉例來說,身上帶有囊腫性纖維化突變基因(但非患者)的人更能抵抗霍亂等導致脫水的腸道疾病。 另外,遺傳了單個鐮狀細胞貧血症突變染色體的人(具有兩個突變染色體才會成為患者)也可能因此對瘧疾更有抵抗力。

但了解上述情況的成因是另一回事。穆勒說,儘管過去十年來,科學家在醫學基因體學的領域多有突破,也更了解疾病及疾病的成因,卻仍無法清楚了解為什麼一種主導血紅素(血液中輸送氧氣的分子)部分編碼、名為「α鏈」的基因一旦突變,便可能幫助我們抵禦多種傳染病。

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Smallpox_virus
天花病毒目前無任何療法,只能接種預防。出自http://commons.wikimedia.org

種族抵抗力?

要明白戰勝疾病之道的關鍵,就是找出哪些人對抗疾病的表現最好,然後再研究原因。舉例來說,伊波拉病毒橫掃西非,儼然所向披靡,各界也持續殷切研發疫苗和有效的治療方法,但有個族群卻似乎對伊波拉病毒有與生俱來的抵抗力。

法國科學家在一項研究中發現,非洲中西部國家加彭的鄉村聚落中約有 15% 的人具備伊波拉抗體──其中有一些地區從未爆發過伊波拉疫情。科學家認為, 這些人很可能接觸過伊波拉病毒,或許是接觸了帶原狐蝠的唾液。科學家發現, 比起生態較不多樣的湖濱地帶,森林地區居民的伊波拉抵抗力較優異(某些村落甚至高達 33.4%),因為這些地方有蝙蝠等伊波拉病媒動物棲息。

不同種族對疾病的抵抗力各有差異,這點並不陌生,但基因如何影響人類對疾病的易感性,我們現在才開始了解。英國研究發現,來自印度半島的男性罹患心血管疾病的比例較高,而出身愛爾蘭和蘇格蘭的人則有較高機率死於癌症。

出生於加勒比海的男性死於中風的機率比一般人口高 50%,但華裔的男女性罹患心絞痛和中風的比例較低。且在這些研究中,抽菸、血壓、肥胖和膽固醇等已知的風險因子都無法解釋上述族群差異。

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接著在 2013 年,北美科學家發現種族和抗體之間有個令人玩味的連結。他們發現人類許多抗體基因的表現及其能抵禦的對象都因人而異,亦即儘管我們接受針對大眾設計的藥物、治療和疫苗,但人人對病原體與疾病仍有獨一無二的反應。

抗體通常由一對免疫球蛋白、重鏈和一對輕鏈組成,而研究人員針對人類第 14 號染色體中由一百萬個核苷酸排列而成的免疫球蛋白重鏈基因區域進行定序,並有了迷人的發現。紐約西奈山醫學院的博士後研究員柯瑞.渥森(Corey Watson)表示:「我們以現有知識為基礎進行研究,發現人類基因體中免疫球蛋白重鏈基因座的 DNA 序列有些區段會缺失或新增插入──該區域正決定了抗體基因數量和多樣性。」他指出:「而這特徵很可能有種族差異。」

科學家很久之前便已經知道,免疫球蛋白重鏈基因座能有 50 多種抗體基 因,供 B 淋巴細胞抵禦各種感染和疾病;而渥森的研究團隊進一步篩選 425 位 亞裔、非裔和歐裔受試者的染色體,找到抗體基因有 11 個可能的 DNA 重要缺失和插入,且某些情況下影響了疾病易感性。

渥森強調:「目前一切才起步,但這些研究成果意味著,各種族過去在自然環境中接觸的特定病原體,增加了這類 DNA 的插入和缺損的頻率,進而影響了後代對疾病之罹患率。」

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「在抗體研究領域中,『發掘中和流感抗體』等研究非常重要,因為這類研究指出了免疫球蛋白重鏈遺傳變異的重要功能,並且用來對付一種非常重要的傳染病──流行性感冒,」他說,「這類成果也顯示,我們思考免疫反應時,可能需要將遺傳變異的資訊納入考量──特別是用來找出高風險群,或人口中哪些族群能受益於更精確的標靶治療。」

渥森說,目前他沒有發現整個族群對特定疾病有抵抗力的例子。「但大家確實推測,群體中就是有人對特定疾病的抵抗力高人一等。」他補充說明,在某些情況下,遺傳變異有時在各族群中發生的頻率也會有差異。「但抵抗力是來自遺傳或其他潛在因素則說不準,」他指出。

穆勒也同意。「一個族群接觸一種新的病原體後會發生什麼事,很大一部分取決於病原體的類型,以及我們(包括個人與族群)是否曾接觸過相近的病原體,」 他表示,「甚至面對一些我們已經逐漸了解的疾病,好比地中海貧血,我們知道越多,便發現有待探索推敲的也越多。」

本文出自《探索頻道雜誌國際中文版》2015 年 03 月號第 26 期

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手舉不高痛到睡不著?盤點五十肩與旋轉肌等肩膀痛原因
careonline_96
・2026/03/19 ・1860字 ・閱讀時間約 3 分鐘
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手舉不高、痛到睡不著,盤點肩膀痛原因(圖文懶人包)

肩膀是由上臂肱骨、肩胛骨、與鎖骨共同組成的部位。要投球、要捉背,我們都會動用到肩膀,不過當肩膀活動度很大,相對就比較不穩定,造成疼痛的機會也不少。最常引起肩膀疼痛的原因是肌腱發炎、滑囊發炎、肌腱撕裂、以及關節發炎。

肩膀痛的可能原因

肩膀痛的可能原因
  •  沾黏性肩關節囊炎

滑囊是一小包充滿液體的囊袋,位於在骨頭與肌肉、肌腱等組織之間做為緩衝,讓肌肉收縮活動的過程中可以減少與骨頭的直接摩擦。

不過,過度使用肩關節可能會導致滑囊發炎,患者剛開始覺得痛,但是後來主要覺得僵硬,肩膀主動性與被動性活動度減少,穿衣服、梳頭髮、洗澡搓背等動作都會受限,也就是俗稱的五十肩。

延伸閱讀:五十肩要開刀嗎? – 冰凍肩

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  • 肩旋轉肌夾擠或肌腱炎
肩膀的結構

夾擠症候群(Impingement syndrome)與滑囊炎與旋轉肌肌腱炎(Overuse tendinitis)高度相關,大家可以看著圖片想像一下,肩峰骨頭的下方是滑囊與旋轉肌,當我們要把手往上舉,肩峰骨頭對滑囊與旋轉肌的壓力就愈大,萬一本身有滑囊發炎或旋轉肌發炎的人,症狀就會更明顯,只要肩膀做外展、外旋動作時就會感到疼痛。不過,與五十肩不同的是,旋轉肌夾擠患者的肩膀活動度大致正常,不影響肩膀的主動性或被動性活動度。

延伸閱讀:肩膀痛痛的 – 夾擠症候群

  • 肩旋轉肌撕裂傷

旋轉肌是四條肌肉的總稱,這四條肌肉分別是棘上肌、棘下肌、肩胛下肌及小圓肌。每次上臂外展或外旋時,都需要旋轉肌的作用。長期磨損、年紀大會帶來退化性變化,可能出現旋轉肌撕裂傷(Rotator cuff tear)。患者先是覺得肩膀做外展、外旋動作時感到疼痛,夜晚時感覺到肩膀患側的疼痛,痛到不好睡,尤其若靠著患側睡會很痛,後來發現肩膀無力做外展、外旋動作。由於旋轉肌撕裂傷與反覆活動造成的退化磨損很有關係,通常患者年紀大於四十歲。

延伸閱讀:手臂舉不起來,睡覺不動肩膀也好痛!為何我會有「旋轉肌撕裂傷」?

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  • 二頭肌肌腱炎或肌腱斷裂
肩膀痛的症狀與活動度

二頭肌在上臂肱骨的前側,其肌腱也可能會發炎或裂開。與旋轉肌撕裂傷不同的是,二頭肌肌腱炎或肌腱斷裂會讓人痛在肩膀的前側,例如患者會說舉物、提物時容易痛,手舉過頭也會痛,且有時會伴隨無力。

  • 肩關節退化性關節炎

相較於膝關節炎或髖關節炎來說,肩膀這裡的退化性關節炎較少見,萬一發生的話,常常與患者過去受過外傷有關,或本身從事的職業(例:投手)會經常磨損肩關節。患者會於中年時漸進性感覺到肩膀前側與深處的疼痛,同時也容易變得僵硬,主動與被動性的外展和外旋動作減少。

肩膀痛的檢查

當患者因肩膀痛就診,醫師會先了解這個痛是怎麼產生的,是突然某個動作引起的,還是慢性愈來愈嚴重的?接著醫師會檢查患者肩膀是否有任何的腫脹、變形、或肌肉無力,並確認患者主動動作與被動動作是否受到影響。有必要的話會安排X光、電腦斷層、核磁共振等影像檢查確認骨頭與肌肉、肌腱等軟組織狀況。

肩膀痛的復健

確認肩膀痛原因後,我們會比較了解如何面對肩膀痛。如果是反覆的脫臼,或是較嚴重的旋轉肌撕裂傷,可能會需要用手術治療。但大部分因其他狀況而肩膀痛的患者可以因為休息、適當的復健、及改變肩膀活動而有改善。

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延伸閱讀:肩膀僵硬怎麼辦?每日七招自救

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染髮真的安全嗎?對苯二胺(PPD)與腎臟健康風險解析
careonline_96
・2026/03/17 ・2410字 ・閱讀時間約 5 分鐘
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美麗的代價?染髮可能影響你的腎臟健康:認識染髮劑中的隱藏風險

過年前你是否也趕緊預約了染髮燙髮,讓自己在新春煥然一新,頂著美美的頭過年呢?現在染髮非常普遍,想蓋掉白髮、追星、展現個性時,似乎都要染個頭髮。不過,你是否考慮過染髮對健康的影響呢?

染髮與健康風險

在討論染髮劑的安全性時,我們要認識一個成分:Para-phenylene-diamine,簡寫為PPD,中文是「對苯二胺」。市面上許多染髮產品會含有對苯二胺(PPD),尤其是在灰黑色調、藍紫色調、和棕色調的染髮產品,因為對苯二胺可以加速染色過程,讓顏色變深,而有了廣泛的用途。

對苯二胺(PPD)是種煤焦油衍生物,它本質上沒有毒性,但氧化後會在複雜的反應中釋放出幾種代謝物和中間體。因此當身體部位直接暴露許多對苯二胺,可能會導致過敏性皮膚炎,或讓關節疼痛和僵硬、結膜炎,有些人則會引發支氣管炎。

染髮可能影響腎臟功能?

中等劑量的對苯二胺(PPD)與其代謝產物會毒害腎實質組織,氧化後也會再轉為腎毒性物質,還會透過溶血傷害腎小管,讓人在第一週內引起急性腎衰竭

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誤用染髮劑可能致死

在一些亞洲與非洲發展中國家,居民甚至可能會拿染髮劑作為自殺用途!在故意攝入含有對苯二胺(PPD)的染髮劑後,有一半以上的患者會出現急性腎衰竭、呼吸窘迫等狀況而死亡。

一篇在蘇丹進行的研究收集了30名有明顯染髮劑中毒症狀的成年人,發現其中近九成的患者腎功能變差,而需要進行血液透析。而且患者症狀的嚴重程度與攝取的對苯二胺(PPD)量直接相關,強調了對苯二胺對腎功能的毒性

當然,這兩個研究說的都是「直接服用染髮劑」而造成生命危險,如果是把染髮劑作為正常染髮用途,會有怎麼的狀況呢?

小心使用染髮劑

一般我們認為,在大量接觸 PPD(特別是透過攝取)的情況下,很容易造成急性腎損傷,但標準局部使用染髮劑相關的風險似乎很小。

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然而早在1924年,就有醫學案例報告一位替客人染髮時沒帶手套的造型師,因為皮膚吸收了過多的對苯二胺(PPD),而引發反覆的癲癇發作。

2018年有個案例報告指出,一位32歲的健康女性在染髮之後,開始有上腹痛、嘔吐等狀況,染髮四天後被送到急診,發現已有急性腎衰竭與支氣管炎等狀況,經過一番治療才穩住。她回憶當時美容院的通風不良,導致她吸入過量的對苯二胺(PPD)。這大概是我們目前找到屬於「正常染髮使用」卻影響「健康年輕人」腎臟功能的報告。

目前,嚴重的腎臟併發症主要與大量接觸對苯二胺(PPD)有關,我們可以得出幾個結論:

  • 避免攝入染髮劑
  • 保持染髮時的通風良好:雖然目前沒有證據支持透過頭皮使用染髮劑會對腎功能造成重大風險。然而,請記得在染髮過程中要保持通風,否則會增加呼吸道吸入與皮膚吸收對苯二胺(PPD)的量。(可能是2018年的年輕女性案例會接觸到過量對苯二胺的原因)
  • 腎臟病患者應謹慎使用染髮劑:患有腎臟疾病的人或經常使用含有高濃度 PPD 的染髮劑的人應該謹慎行事。如果你本身有腎臟疾病,會因為個人需求常常在染髮,最好選擇 PPD 濃度較低,或不含 PPD 的染髮劑,來降低腎臟損傷的潛在風險。
  • 「天然」標示的產品不一定更安全:不要以為標示「天然」就很安全。標示天然的染髮產品還是有化學成分,更可能是添加了未標示的化學物質。了解染髮產品的成分並選擇更安全的替代品可以幫助減少任何潛在健康危害。

染髮之外,紋身、身體彩繪也要小心

除了染髮之外,暫時性的身體紋身,像是一些深色的手部彩繪,也可能會用到對苯二胺(PPD)。案例報告顯示曾有阿拉伯女性在手部彩繪後,因為對苯二胺的毒性而出現嚴重的肺水腫與過敏,有的人則是出現嚴重的水泡和疤痕。雖然在多數地區都有禁用對苯二胺(PPD)於身體彩繪、紋身的規定,但在嘉年華會、市場、觀光地區等,使用對苯二胺的狀況還是很常見。請記住,紋身墨水的成分通常沒有經過嚴格控管,製造商也不會公開配方,造成健康風險危害的機會其實不小喔

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腎臟損傷之外,染髮可能造成的癌症風險

在2020年有一篇刊載於《英國醫學期刊BMJ》的研究,追蹤了117200位美國女性超過36年,發現個人使用的染髮與多數的癌症沒有明顯相關;不過,染髮似乎增加了患者罹患基底細胞癌、乳癌、卵巢癌的機率2022年的研究則發現,染髮提高了男性罹患攝護腺癌的機率。

既然染髮可能會讓女性更容易罹患乳癌、卵巢癌,男性更容易罹患攝護腺癌,代表部分的染髮成分可能還是有致癌性質。

染髮前停看聽!

染髮已經是許多人生活的一部分,但常見的事情不一定正確或必要,染髮劑中的對苯二胺(PPD)可能帶來健康風險,包括皮膚過敏、腎臟損害,甚至某些癌症風險。當你上美容院或自行選購染髮劑的時候,還是要仔細看看,選擇 PPD 濃度較低或 PPD-Free 染劑,並在染髮過程使用手套,減少皮膚接觸;保持通風,避免吸入PPD。最好不要頻繁染髮,降低累積風險。

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研究途中,遇上的那些驚喜──林明德與米爾頓釉小蜂
顯微觀點_96
・2026/03/13 ・2593字 ・閱讀時間約 5 分鐘

本文轉載自顯微觀點

每年,日本光學大廠Olympus都會舉辦「年度影像大賽」(Image of the Year),以光學顯微鏡所拍出的生命科學影像為主題,向全世界徵求優秀的顯微攝影作品。從繽紛的老鼠胚胎到宛如寶石的蝴蝶翅膀,每一張照片都呈現生命前所未見的面貌。

就在2019年,來自台灣的林明德,也因為一張照片而獲得榮譽獎(Honorable Mentions)。在這張照片上,有許多圓球狀的物體正發出綠色光芒,而每顆圓球都帶有一支長長的柄,好似一大串漂浮著的氣球。

這幅散發魔幻風格的景象,難以想像來自於一種昆蟲的卵巢內部。

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昆蟲創造的另類世界

這種昆蟲稱為米爾頓釉小蜂,屬於膜翅目釉小蜂科,其幼蟲常會寄生於蓮霧,在台灣主要分布於嘉義、南投、屏東等蓮霧產區。

米爾頓釉小蜂在產卵時,會將產卵管插入蓮霧的子房,讓幼蟲寄生在蓮霧種子的內部,隨著蓮霧果實長大,種子也會因幼蟲發育而嚴重變形,形成所謂的「癭」。種子於是成為釉小蜂的食物,幫助幼蟲羽化成熟。釉小蜂變為成蟲後會離開癭室,並在蓮霧果肉上鑽出一個小隧道而飛離,因此蓮霧若遭到寄生,就會在表面找到許多細小的孔洞。

2006年,中興大學昆蟲學系教授楊曼妙首次在台灣鑑定並記錄米爾頓釉小蜂的存在,從此投入許多相關研究。因緣際會下,在數年前,楊曼妙委託林明德協助研究米爾頓釉小蜂的生殖系統。

楊曼妙之所以會委託林明德其來有自,林明德在慈濟大學分子生物暨人類遺傳學系所建立的實驗室,長期研究昆蟲的生殖系統,透過他熟悉的共軛焦顯微鏡,無論多麼細微的昆蟲結構也能一覽無遺。

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於是,林明德解剖楊曼妙送來的樣本,取出釉小蜂的卵巢,經過處理後,拍下這微小樣本的真實樣貌。然而,眼前的畫面卻讓林明德出乎意料──每個圓俏的卵,都連接著一條長長的柄,這些柄又彼此纏繞在一起,形成一大束結構。

林明德於2019年Olympus年度影像大賽的獲獎作品──米爾頓釉小蜂卵巢內的卵。
林明德於2019年Olympus年度影像大賽的獲獎作品──米爾頓釉小蜂卵巢內的卵。

他曾用顯微鏡看過隱翅蟲、椿象、螽斯等各種形態的昆蟲卵巢,可是像米爾頓釉小蜂這種模樣的卵巢,林明德也是第一次見到。

米爾頓釉小蜂身形極小,成蟲長度僅有1毫米,而卵本身更是小到近乎透明,為了捕捉這些卵的輪廓,林明德在樣本中加入紅色與綠色的螢光染劑,並透過共軛焦顯微鏡偵測這些螢光訊號,「綠色的是細胞結構,像是卵細胞表面的那一層上皮細胞,而紅紅一點就是細胞核。」林明德說,照片裡的上皮細胞尚在發育,不久後細胞就會死亡,變成卵殼。

林明德能夠觀察到這些細節,都得仰賴共軛焦顯微鏡。這種顯微鏡能夠一層一層掃描樣本,解析樣本在不同深度的螢光訊號,最後將所有獲得的訊號拼接成一幅完整的圖樣,精準呈現生物組織的立體結構。因此,共軛焦顯微鏡也成為林明德實驗室的主力研究工具。

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林明德除了研究昆蟲生殖細胞的發育,也以果蠅為材料來研究發育生物學,甚至利用斑馬魚來探討人類罕見疾病的突變等,研究題材十分廣泛。在研究這些題材的途中,拍攝過無數影像,不時也會發現一些讓雙眼為之一亮的事物。這些事物有些成為了科學研究的養分,有些則誤打誤撞成為了他參加顯微攝影比賽的契機。

林明德講述自己參加顯微攝影競賽的契機

研究途中誕生的驚喜

有趣的是,林明德第一次投稿的顯微攝影作品,是刊登在一間生技公司的產品目錄上。

當時的他就讀碩士班,正在研究「D型肝炎病毒」,常使用共軛焦顯微鏡來拍攝病毒蛋白在細胞裡的分布位置。「那時候,有一間賣螢光抗體的公司,叫做Molecular Probes(現稱Invitrogen)。」某一次,林明德在這間公司的產品目錄裡,看到一則廣告,「如果你用它的抗體,並把拍出來的照片寄給它,要是它採用的話,就會送你一支抗體。」林明德為了這支免費的抗體,特別拍了一張照片,結果還真的刊登在公司的產品目錄上,每次翻目錄都會看到那張照片。

前陣子林明德獲獎的Olympus年度影像大賽,則是偶然從Email收到比賽訊息,「第一名的獎品是鏡頭一組,我就想,實驗室好像缺了一些好鏡頭。」雖然最終林明德沒能得到首獎,卻也拿到一面獎牌。

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林明德笑說,雖然榮譽獎沒有獎金,但這一面壓克力做的透明獎牌,上頭用雷射刻上了那張得獎作品,仍是個值得珍藏的紀念。

當問到最近還有沒有新的顯微攝影作品,他坦承,「我很少為了刻意要拍出一張照片而去把樣本染色,大部分還是因為實驗的需求才去做。」很多令人讚嘆的影像,都是在科學研究的路途上偶然獲得。直到現在,他仍然會對昆蟲的多變性感到驚訝,「不同昆蟲的卵巢顏色都不一樣,像小黑蚊吸完血後,卵巢會變橘色的;有些椿象則是綠色的。」米爾頓釉小蜂還有個親戚叫做「刺桐釉小蜂」,雖然同是小蜂,但卵卻長得像一支啞鈴,也沒有長長的柄。

他突然想起以前大學曾參加攝影社的往事,他說他那時才剛加入不久,就不小心騎腳踏車出了車禍,腳因此縫了十針,只能杵著拐杖在校園裡慢慢走,自然也就沒再進過攝影社。

不過他如今覺得,他在調整共軛焦顯微鏡的參數時,就猶如在操控普通相機一般,而且要拍出好成果,就得掌握樣本的特性,了解自己想要呈現什麼東西。因此,顯微鏡在不同人的操作下,就會得到不同的結果,「就像大家拿同一台相機,可是拍出來就會長得不一樣。」

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另外,不只是共軛焦顯微鏡,使用者也可以根據不同需求,選擇偏光顯微鏡、電子顯微鏡、原子力顯微鏡等各種類型的顯微鏡,「根據想呈現的東西,選擇適合的工具。」他如此強調。

此時此刻,林明德還有很多研究題目想做,他指著電腦上米爾頓釉小蜂的照片說,其實連接卵的這些柄具有何種功能,目前還無人知曉。果蠅、小黑蚊等昆蟲的生殖系統,也還有很多尚未解開的謎團。

林明德的下個顯微攝影作品,可能也暫時還不會出現在眾人眼前,但或許在某個研究的路途上,他會再度碰上另一個意外的驚喜。

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顯微觀點_96
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從細微的事物出發,關注微觀世界的一切,對肉眼所不能見的事物充滿好奇,發掘蘊藏在微觀影像之下的故事。