0

3
0

文字

分享

0
3
0

在深海一樣熱血:科學家首次發現溫血魚

雷雅淇 / y編_96
・2015/05/15 ・2234字 ・閱讀時間約 4 分鐘 ・SR值 501 ・六年級
Source:NOAA Fisheries West Coast
Source:NOAA Fisheries West Coast

一直以來,普遍認為魚是變溫動物,體溫會隨著環境而改變。但最近科學家首度發現了一種雖然是魚類但卻像哺乳類和鳥類一樣可以保持身體溫暖的溫血魚。

月魚(opah, Lampris guttatus),也有人稱斑點月魚、花點三角仔,分布範圍遍及全世界,在台灣沿海也有,亦有人食用。月魚有時會生活在水溫很冷的深海,但牠能藉由的胸部肌肉產生熱。而牠體內的脂肪和鰓部血管的特殊構造,也讓牠減少了熱的散失。研究人員推測,擁有一顆溫暖的心臟和大腦,使得這鮮為人知的魚能夠成為活躍的掠食者。

水會帶走生物大部份的熱,所以魚的體溫通常維持在所處水域的水溫範圍。低溫也限制了牠們的生理功能,尤其是心血管循環耐力。當然也有部分例外:鮪魚、旗魚和某些鯊魚可以暫時提高身體肌肉的溫度,但牠們還是必須回到溫暖的海水好讓核心溫度能恢復正常。

月魚看起來並不像一個凶狠的掠食者,但人都不能光看外表了何況是魚:牠長度大約一公尺左右,透過划動胸鰭讓自己能在水中游泳。儘管月魚分佈在世界各地的海洋,卻很少有人了解有關牠的生物學。牠捕食魷魚、章魚等頭足類和其他魚類,通常在海面下50~200公尺的區域活動,那裡的水溫只有10°C 甚至更低。

Source:NOAA Fisheries West Coast
Source:NOAA Fisheries West Coast

2012年,在美國國家海洋和大氣管理局(NOAA)擔任漁業生物學家的歐文‧斯諾德葛拉斯(Owyn Snodgrass),在加州海岸抓了一些月魚作為例行調查的一部分。他把月魚的鰓給了他的同事魚類生理學家尼古拉斯‧韋格納(Nicholas Wegner)。

這個魚鰓浸泡在防腐劑裡好幾個月,直到韋格納把它拉出來看,並且眉頭一皺注意到這魚鰓並不單純:一般魚通常只有幾個大血管讓血液進出魚鰓,微血管則負責交換水中的氧氣。但月魚魚鰓的血管卻是個複雜的網絡,而且動脈就在靜脈旁邊一起形成了排列緊密的陣列。

動脈和靜脈這樣緊密相連形成的網絡被稱為迷網(也稱細脈網,rete mirabile)(如下圖)。只有一心房一心室的魚類和有二心房二心室的鳥類、哺乳類的迷網系統不同。

魚類心室打出來的血流經鰓的時候溫度會下降,因此動脈的充氧血回到魚體中軸時溫度較低,而要流回心房的靜脈血因為有經過中軸的肌肉加溫所以溫度較高,便能藉由逆流熱交換傳給鄰近的動脈。這種熱交流作用可以將熱量留在肌肉中,不同於一般魚類熱量會直接在血液流經魚鰓時散失。

而在鳥類的網絡中,帶有溫度的動脈血會從肌肉進入,熱量便藉由管壁傳給鄰近比較冷的靜脈,所以當靜脈血進入肌肉時已經帶有些溫熱了。鮪魚、旗魚和某些鯊魚便是使用迷網來保持自己的肌肉溫度。其他像是腳在水裡很冷的水鳥,或者是一些鯨魚的舌頭上都有類似的熱交流系統。

羊的細脈網(Rete mirabile)。source:Wiki
羊的細脈網(Rete mirabile)。source:Wiki

而月魚是第一種被發現魚鰓圍繞著迷網的魚。他的魚鰓還包裹在一層一公分厚的脂肪裡,推測這不尋常的構造應該是為了保溫。綜合幾點,科學家們決定來量量看月魚在海中的溫度;當月魚被拖上來後,研究團隊發現牠的體溫比水溫平均高了 5°C!而且不只是在心臟和腦部,牠身體的其他部位的溫度也都普遍的比水溫還要高。

研究人員還測量了活魚游泳時的肌肉溫度;為了要做到這一點,他們用魚鉤和線抓住月魚,在胸部肌肉植入了一個溫度監測器,並讓牠游泳幾個小時,當然線不能放掉。儘管在4°C的水溫裡游泳,他的肌肉還是能保持約13°C ~14°C的溫度。

比較高的體溫可以提供牠一些優勢,像是游泳會更有力量也有更好的續航力,這些都得益於一顆溫暖的心臟。而其他研究人員於2009年發表的研究亦發現,月魚的腦和眼睛比身體其他地方的溫度高,這是因為牠會在顱底進行小型的逆流熱交換(countercurrent heat exchange)。流向眼睛的血液之所以是溫暖的是因為有特化的眼部肌肉,它雖然不收縮卻能產生熱量,只有魚類才會有這樣的特徵。

這種種的證據讓韋格納推測月魚應該是一個積極的掠食者,不像其他海中掠食者往往只能守株待兔。靠著敏銳的眼力,快速的反應時間和耐力,月魚可以抓到烏賊和游的很快的裸蜥魚(barracudinas)。果然魚生勝利組就是不一樣啊!

但想要了解這個在寒冷深海仍然熱血的生物,還需要有更多的研究。

Source:NOAA Fisheries West Coast
Source:NOAA Fisheries West Coast

資料來源:

  1. Scientists discover first warm-bodied fish. Science [May 14, 2015]
  2. Whole-body endothermy in a mesopelagic fish, the opah, Lampris guttatus. Science [May 15, 2015]
  3. Evidence for cranial endothermy in the opah (Lampris guttatus) The Journal of Experimental Biology [November 25, 2008]
  4. Rete mirabile. Wiki
  5. Countercurrent exchange. Wiki
  6. Lampris guttatus. Wiki
  7. Lampris guttatus. 台灣魚類資料庫
  8. 國家教育研究院 雙語辭彙學術名詞暨辭書資訊網
  9. 感謝陳俊堯老師、網友543、Bookwormpage的指正補充。

___________
你是國中生或家有國中生或正在教國中生?
科學生跟著課程進度每週更新科學文章並搭配測驗。來科學生陪你一起唸科學!

文章難易度
雷雅淇 / y編_96
36 篇文章 ・ 513 位粉絲
PanSci 總編輯|之前是主編,代號是(y.),是會在每年4、7、10、1月密切追新番的那種宅。中興生技學程畢業,台師大科教所沒畢業,對科學花心的這個也喜歡那個也愛,彷徨地不知道該追誰,索性決定要不見笑的通吃,因此正在科學傳播裡打怪練功衝裝備。


3

4
0

文字

分享

3
4
0

發炎性腸道疾病的獵奇療法:來一杯「鉤蟲卵」吧!——《我們為什麼還沒有死掉?》

麥田出版_96
・2021/10/24 ・2290字 ・閱讀時間約 4 分鐘

• 作者/伊丹.班—巴拉克
• 譯者/傅賀

上一節,我提到了犬蛔蟲,我好不容易才忍住沒有提另外一種寄生蟲:蠕蟲。這類寄生蟲成員眾多,個個都是入侵或躲避免疫系統的行家,牠們有許多花招可以幫助牠們在人體內存活下來、繁榮昌盛。牠們之所以需要這些花招,是因為作為寄生蟲,牠們的個頭太大了,免疫系統不可能看不到牠們。即使是較小的蠕蟲物種,也有幾公釐長,跟病毒或細菌比起來,可謂龐然大物。

蠕蟲感染者的腸道 X 光照片,圖中黑線都是蠕蟲。圖/WIKIPEDIA by Secretariat

在世界上許多較貧窮的地區,由於衛生條件較差,蠕蟲帶來了無盡的痛苦:據統計,世界上約四分之一的人口感染了某種類型的蠕蟲。衛生機構正在嘗試使用預防、清潔的手段和抗蟲藥物來緩解疫情。與此同時,在已開發國家,人們已經成功消滅了蠕蟲疾病。

也許有點過於成功。

免疫反應有幾種不同的形式。我們理解得最透徹的兩種是 Th1 和 Th2(Th 代表輔助 T 細胞,這是一種重要的 T 細胞)。它們的細節比較複雜,但大體畫面是這樣的:這兩種反應處理的是不同類型的感染——Th1 類型的輔助 T 細胞會向吞噬細胞和胞毒 T 細胞發出啟動訊號。聽到「集結號」之後,這些細胞會追蹤並摧毀任何被病毒或特定細菌感染的人類細胞。與此相反,Th2 反應是直接攻擊那些尚未入侵人體的病原體,Th2 細胞會啟動一種叫作嗜酸性球(eosinophils)的免疫細胞,來殺死蠕蟲。只要一種 Th 反應上調,另外一種就會下調。這種機制是合理的,因為這樣可以節約身體的資源,並降低免疫反應的副作用。

TH2 細胞(左)正在被 B 細胞(右)活化。圖/WIKIPEDIA

蠕蟲激發的正是 Th2 反應。有人因此認為,此消彼長,在那些蠕蟲病發病率較高的國家,過敏反應( Th1)的概率恰恰因此更低。(在過去幾十年裡,已開發國家裡出現過敏反應的人越來越多)。流行病調查顯示:蠕蟲越是肆虐,過敏反應就越少。

蠕蟲採取的各種躲避和反擊策略,以及牠們的存在本身,都會對免疫系統產生影響。一個效果就是牠們會抑制發炎反應——要知道,世界上有許多人巴不得他們的發炎反應受到一點抑制呢。

因此,許多患有慢性自體免疫疾病(比如,發炎性腸道疾病)的人現在正在接受蠕蟲療法(用的是鉤蟲),針對其他發炎疾病的臨床治療也正在測試。

Necator Americanus L3 x1000 12-2007.jpg
鉤蟲, 被用在慢性自體免疫疾病的蠕蟲療法 。圖/WIKIPEDIA

這聽起來有點怪誕:有人竟希望——不,堅持要——被寄生蟲感染。他們向醫生求助,醫生給他們的藥是一小杯鉤蟲卵,然後他們就喝下去了。在他們的胃裡,這些卵會孵化,幼蟲會爬出來。然後,不知怎的,患者就感覺好多了。當然,鉤蟲不會存活很久(醫生選擇的物種並不會在人體腸道內存活很久,否則就會有新的麻煩了),因此,過一段時間,患者又要接受新一輪的感染,以維持免疫系統的平衡。

當然,如果我們可以不用蟲子(比如使用其中的有效成分,類似某種「鉤蟲萃取物」的藥物)就可以治療疾病,那就更好了。但是,目前還沒人知道到底哪些成分重要——而且似乎要見效,必須要用活的蠕蟲。

為了解釋關於蠕蟲的這個情況,研究人員提出了「老朋友假說」(old-friends hypothesis),這是「衛生假說」的一個改良版。你也許聽說過「衛生假說」,它已經流傳了很長一段時間,但直到一九八九年才由大衛.斯特拉昌(David Strachan)正式提出。他進行的流行病學調查顯示,那些在農場裡或田野邊上長大的孩子要比那些在城市裡長大的同齡人更少患上過敏。從此之後,「衛生假說」就被用於描述許多不同的觀念,其中一些得到了研究支持,而另一些則沒有。

總的來說,老朋友假說的大意是,人類的免疫系統是在一個充滿微生物的世界裡發育的,我們經常要跟許許多多的微生物打交道。我們已經看到了免疫系統跟腸道微生物的密切聯繫,但是這樣的親密關係也可能會擴展到病原體。免疫系統已經對一定程度的接觸和較量習以為常了。現代西方社會,是人類有史以來最愛清潔、刷洗、消毒的階段,我們受感染的機會大大減少——但這破壞了免疫系統的平衡。我們的免疫系統習慣了跟某些病原體對抗,一旦沒有了對手,它就會工作失常。因此,嬰兒和小朋友也許最好要接觸一點髒東西。

現代社會,是人類有史以來最愛清潔及消毒的階段,我們受感染的機會大大減少,但這破壞了免疫系統的平衡。圖/Pixabay

顯然,你不希望你的孩子臉上有霍亂弧菌,雖然研究人員在二○○○年發現結核病對預防氣喘有幫助,但這並不意味著你要讓孩子染上結核。但是「髒東西」裡含有許多常見病原菌的減毒突變株(不再那麼有害),這可能對孩子的身體有益。沒有它們,孩子日後也許更容易患上免疫疾病——比如過敏和自體免疫病。

問題是,要多乾淨才算乾淨,要多髒才算髒呢?抱歉,我真的不知道答案。

——本文摘自《我們為什麼還沒有死掉?》,2020 年 9 月,麥田

所有討論 3
麥田出版_96
156 篇文章 ・ 376 位粉絲
1992,麥田裡播下了種籽…… 耕耘多年,麥田在摸索中成長,然後努力使自己成為一個以人文精神為主軸的出版體。從第一本文學小說到人文、歷史、軍事、生活。麥田繼續生存、繼續成長,希圖得到眾多讀者對麥田出版的堅持認同,並成為讀者閱讀生活裡的一個重要部分。
網站更新隱私權聲明
本網站使用 cookie 及其他相關技術分析以確保使用者獲得最佳體驗,通過我們的網站,您確認並同意本網站的隱私權政策更新,了解最新隱私權政策