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侏羅紀公園的暴龍會得禽流感嗎?

Gene Ng_96
・2015/06/11 ・2256字 ・閱讀時間約 4 分鐘

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禽流感會傳染給恐龍嗎?

恐龍,其實並沒有完全滅絕,因為牠們的後代子孫,我們都很熟悉,那就是鳥類。在生物學上,鳥類其實就是一種爬蟲類,牠們的現生近親是鱷魚。不要懷疑,科學家大致上已有共識,相信鳥類的祖先就是恐龍。我們認識到的「恐龍」,嚴格來說,應該叫做「非鳥類恐龍」,而鳥類則是「鳥類恐龍」。

既然鳥類是一種恐龍,那麼「真正」的恐龍,尤其是與鳥親緣最近的獸腳類恐龍,會不會像鳥類一樣罹患禽流感呢?

這可以分兩個部分來回答:恐龍縱橫地球的時代,有龍流感嗎?如果頻頻出包的侏羅紀公園開張了,科學家複製出的恐龍,會得禽流感嗎?

第一個問題換句話說就是,現在的禽流感會不會是六千五百萬年前的龍流感一直傳承迄今呢?要回答這個問題,科學家主要有兩個方法,一個是利用分子演化的方法,看看禽流感病毒何時演化出來,另一個方法則是利用比較基因體學的方法,看看現生鳥類基因體裡何時插入病毒的基因。不過,很不幸的,這兩招恐怕都不太管用。

分子演化的方法簡單來說,是利用遺傳變異來重溯物種的起源和演化;如果突變有規律的話,可藉由比較突變的數量、種類……等等特徵來重建病毒演化史。然而,因為流感病毒一來基因體太小,可用的變化特徵就有限;二來突變速度太快,如果只是研究病毒在幾百年、幾千年甚至上萬年的演化可能還好,若要跨越到幾千萬甚至上億年,恐怕就有很大的困難,因為遺傳訊息已經很雜亂了。再者,流感毒病性生活紊亂,不同品系病毒之間嗜愛雜交趴,這會讓遺傳訊息更加混亂,如果是最近發生的組因重組,有可能被發現,可是遠古的雜交會混淆視聽。因此,想藉由研究病毒的分子演化來了解禽流感的起源,非常困難。

換個方法吧,流感病毒有可能在基因體中留下痕跡嗎?其實在有頜脊椎動物的基因體中,病毒也是顯著的一部分,構成所謂的「垃圾DNA」(junk DNA)。像我們人類基因體中有高達8%的DNA序列就是病毒留下來的。可是相較哺乳動物,鳥類基因體的病毒序列較少 [1],要嘛鳥類基因體可能比較不易被病毒入侵,要不然能夠更有效清除掉病毒序列。而且重點是,流感是急性感染,病毒序列很少插入宿主基因體中,所以這招也不攻自破了。

難道科學家就沒招了嗎?不能從恐龍化石中觀察到蛛絲馬跡嗎?這恐怕更加有挑戰性,因為化石畢竟大多剩下骨骼的形態,雖然有些有羽毛的恐龍有幸留下羽毛供後人欣賞。從化石中或許可以觀察到一些恐龍的疾病 [2],最常發現的恐龍疾病應該是骨關節炎。一些異特龍(Allosaurus)和三角龍(Triceratops)化石有發現帶有骨疣,是骨骼退化的異常骨質增生;許多恐龍的骨骼,例如彎龍(Camptosaurus)、禽龍(Iguanodon)、恐爪龍(Deinonychus)、合踝龍(Syntarsus)、暴龍(Tyrannosaurus rex)、艾伯塔龍(Albertosaurus)、異特龍等等也有可能是打鬥後受傷的痕跡;至於傳染病,不常在恐龍化石中發現,只有零星在雙脊龍(Dilophosaurus)、傷齒龍(Troodon)、鴨嘴龍(Hadrosaurids)、彎龍、異特龍發現有牙瘡;龍流感即使在古生代發威,儘管再致命,也難以在恐龍化石留下證據,所以我想我們必須承認,我們真的不曉得有沒有所謂的龍流感。

既然第一個問題頗為無解,那第二個問題呢?如果侏羅紀公園真的開張了,那麼那些在園區裡的恐龍,需要預防禽流感嗎?

禽流感(Bird Flu),全名鳥禽類流行性感冒(Avian Influenza,AI),通常只感染鳥類,但可以傳染給許多種動物,包括鳥類、豬、馬、海鳥、鯨和人類 [3]。禽流感在鳥類間主要通過呼吸和糞口途徑傳染,病毒首先感染的是鳥類的消化道,它們在小腸的上皮細胞內複製,最終隨糞便擴散。禽流感在動物中的發病症狀很不一樣,但劇毒的類型可能在幾天內致死。禽流感病毒一般高度針對特定物種,但在罕有情況下會跨越物種障礙感染人。

根據核蛋白的抗原性分類,禽流感病毒屬於甲型流感病毒,根據位於其套膜上的血凝素及神經氨酸酶的抗原性又可分為若干亞型,血凝素(H)有16個亞型,神經氨酸酶(N)則有9個亞型,所有亞型皆可感染鳥類,在禽類中高致病性的屬於H5、H7亞型。現在已發現的禽流感病毒主要有H5N2、H5N1、H9N2、H7N7、H3N2、H7N9、H10N8。

既然禽流感會跨物種感染,就很難說不會感染上恐龍,加上恐龍和鳥類的親緣關係比較近。而且,如果要複製恐龍,那我們要用哪種動物的基因體來進行基因工程改造呢?在《侏羅紀公園》(Jurassic Park)裡頭,科學家是利用蛙類的基因體來進行改造,不過那由於是廿幾年前,對恐龍和鳥類的關係還所知不多,如果《侏羅紀公園》是這個世紀初的創作,作者麥可‧克萊頓(Michael Crichton,1942-2008)應該會選用鳥類的基因體來進行改造。既然是利用鳥類的基因體來改造,那麼用的會是逆向工程的方法,就是讓鳥類產生返祖現象。

最近哈佛大學的演化生物學家利用藥物改造FGF和WNT的訊號傳遞,成功地讓雞的嘴巴長得更像迅猛龍一些 [4];科學家也知道鳥類共同祖先中至少有六個和牙齒相關的基因當時被「關閉」了 [5];透過基因表現的分析,科學家也瞭解鳥類的指骨和恐龍的指骨之間的關係 [6]。藉著演化基因體學的研究,我們愈來愈清楚鳥類和恐龍的差異可能源自何處。

有朝一日,科學家不是不可能利用鳥類來打造恐龍模樣的生物。不過我主張,做出迷你版的小恐龍就好,別一再像侏羅紀公園或世界那樣頻頻出包了!呃,對了,還要記得做好防疫的準備!

參考文獻:

  1. Zhang G, et al. Comparative genomics reveals insights into avian genome evolution and adaptation. Science. 2014 Dec 12;346(6215):1311-20. doi: 10.1126/science.1251385. Epub 2014 Dec 11.
  2. Do we know anything about the kinds of diseases that affected dinosaurs? Scientific American. October 21, 1999
  3. 禽流感 | 維基百科
  4. Bhullar BA, et al. A molecular mechanism for the origin of a key evolutionary innovation, the bird beak and palate, revealed by an integrative approach to major transitions in vertebrate history. Evolution. 2015 May 12. doi: 10.1111/evo.12684. [Epub ahead of print]
  5. Meredith RW, et al. Evidence for a single loss of mineralized teeth in the common avian ancestor. Science. 2014 Dec 12;346(6215):1254390. doi: 10.1126/science.1254390. Epub 2014 Dec 11.
  6. Wang Z, et al. Transcriptomic analysis of avian digits reveals conserved and derived digit identities in birds. Nature. 2011 Sep 4;477(7366):583-6. doi: 10.1038/nature10391.

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Gene Ng_96
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來自馬來西亞,畢業於台灣國立清華大學生命科學系學士暨碩士班,以及美國加州大學戴維斯分校(University of California at Davis)遺傳學博士班,從事果蠅演化遺傳學研究。曾於台灣中央研究院生物多樣性研究中心擔任博士後研究員,現任教於國立清華大學分子與細胞生物學研究所,從事鳥類的演化遺傳學、基因體學及演化發育生物學研究。過去曾長期擔任中文科學新聞網站「科景」(Sciscape.org)總編輯,現任台大科教中心CASE特約寫手Readmoo部落格【GENE思書軒】關鍵評論網專欄作家;個人部落格:The Sky of Gene;臉書粉絲頁:GENE思書齋

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用最新儀器,分析鯨豚死因的「鯨豚調查局」——專訪臺灣大學獸醫學院楊瑋誠教授

科技大觀園_96
・2021/06/23 ・3657字 ・閱讀時間約 7 分鐘

受訪時被問及人們鯨豚最大的誤解是什麼?「海豚過得很好,想要像海豚一樣在海裡自由自在。」台大獸醫專業學院副教授,專業為鯨豚保育醫學的楊瑋誠談到遭遇到生存危機的鯨豚,直率坦言:「我不想跟海豚一樣,尤其是在台灣。」

全世界共有 80 多種鯨豚,有 30 多種會出沒在台灣周遭的海域,許多生存狀態都岌岌可危。舉例來說,近年來大眾最耳熟能詳、在政治攻防佔有一席「會轉彎」名言的台灣白海豚(Sousa chinensis taiwanensis),就是生活在台灣海峽的特有種,近年來的觀察顯示,其族群數量約莫不超過 50 隻。

現今的鯨豚研究有哪些主要的努力目標?生活在大海中的鯨豚面臨了那些威脅?一般人對於鯨豚有哪些誤解?楊瑋誠創立粉絲頁「CIB 鯨豚調查局」,就是希望經由研究專題介紹、擱淺事件追蹤等,讓大眾更認識鯨豚。

FB 粉絲專業「CIB 鯨豚調查局」旨在讓大眾更了解鯨豚。圖/pexel

鯨豚調查局在調查什麼?

「為什麼用『調查』這兩個字,而不是鯨豚研究室,或單純的鯨豚愛好者的FB社群,是因為我們認為『調查』這兩個字是有需要的。」楊瑋誠分享當初也考慮過「救援隊」之類的稱呼,最後還是決定用「調查局」,一方面強調其中的急迫性與重要性,另一方面保留其中抽絲剝繭解開鯨豚的遭遇、針對事實下判斷的語感。

不只錯誤的迷思,人們的「感性」有時也會成為保育討論的阻礙。楊瑋誠認為,處理鯨豚面對的問題,極度需要科學、理性的證據。不管是討厭或喜歡鯨豚,都要保持理性、有多少數據說多少話。在公共政策或各種爭議上,才有討論對話的空間。

舉例來說,楊瑋誠多年前在海洋公園服務時,就曾遇過遊客投訴表演音響音量過大、認為會傷到海豚。團隊後來秉著研究精神測量水下音量,發現經過水的隔絕後,真正在水中傳播的音量,尤其是在海豚能夠接收到的音頻已經減弱到幾乎沒有影響。

「鯨豚擱淺的死因分析」是鯨豚調查局的重要目標,在死因資訊尚未明瞭時,不少人會捕風捉影任意猜測,像是看到胃裡面有垃圾,就說死因是吃垃圾。楊瑋誠舉例,在 2020 年 1 月 19 日,宜蘭新城溪出海口擱淺的柯維氏喙鯨,外表並無重大創傷,經解剖、組織切片與細菌培養後,才在排除細菌感染的情況下,診斷是罹患了「潛水夫病」,根據過往研究,巨大噪音(如軍事聲納)會使鯨豚受到驚嚇,改變鯨豚原本潛水的模式,使鯨豚罹患潛水夫病。因此調查局也推測,這次的擱淺原因,很可能是源於台灣周邊海域軍事升溫,海上軍事演習頻繁所造成。

鯨豚擱淺事件層出不窮,「鯨豚擱淺的死因分析」是鯨豚調查局的重要目標。圖/pexel

噪音對鯨豚的影響是非常大的,而近期即將組建的風力發電機組,其打樁造成的巨大聲響,無疑是鯨豚保育必須關注的現況。近期,楊瑋誠也發表了打樁機噪音對鯨豚影響的研究,希望能藉由科學研究提供的數據為基礎,一同制定相關規範,並在施工階段採取預防性措施。

楊瑋誠對鯨豚調查局的期許,就是能夠提供更多經過科學考驗過的數據資料,讓未來相關的保育政策討論,能有堅實的科學基礎。而他也強調,也是這二十年的人才與研究能量累積,才讓鯨豚調查局開始有機會發掘、展現更多更在地的鯨豚資訊。「生命有限、人力有限,時間要花在刀口上(累積事實與資料)。鯨豚調查局所做的每件事情都很重要。」

調查局用上了什麼特別的技術?

從 1999 年起開始鯨豚相關研究,浸淫其中超過 20 年的楊瑋誠分享,剛起步從事研究時,不僅國內資料闕如,就連國外文獻都找不到幾篇。只能一步步摸索、從實務中累積經驗與數據。

鯨豚調查局使用的技術,有沒有什麼比較特別的地方?楊瑋誠表示,一般會用在人身上的檢測儀器,像是X光機、超音波、熱成像儀等設備,都能用於擱淺鯨豚的驗傷上。過去,楊瑋誠就曾使用高解析度的熱成像儀用在擱淺海豚上面,除了偵測體溫,還能用來檢查是否有表面看不出來的瘀青,或是牙齦發炎等情況。

此外,雖然聽力對於鯨豚的重要性人盡皆知,但令人出乎意料的,世界上有在針對鯨豚進行聽力檢測的團隊不到十組,而臺灣正是其中一處,楊瑋誠說:「一般獸醫檢測中,很少有對聽力做檢測,世界上能做的人很少,臺灣更是花了兩、三年的時間,才完善了儀器、技術與人員培訓。」鯨豚聽力檢測的原理,其實跟人類新生兒一樣,都是給予聽覺刺激後用腦電圖觀察腦波變化。楊瑋誠認為目前聽力檢查需耗時 3-4 個小時,實在太長,希望未來能跟美國合作更新軟硬體,把檢查時間壓低在 1 小時以內。這樣往後就可以在野外現場直接檢查鯨豚,不用限制於有運回水池的個體。

而運用斷層掃描技術做死因分析,雖然無法取代法醫解剖,卻有機會指出一些解剖時不易發現的狀況,如骨骼上細微的骨折、骨刺、退化性關節炎,或是其他隱晦的損傷,更重要的是,解剖會破壞骨骼或臟器間的相對位置,這時不具破壞性的斷層掃描技術,就能提供相對完整的資訊,幫助辨別死因。楊瑋誠舉例,香港的研究團隊針對擱淺死亡的鼠海豚進行斷層掃描,才發現許多個體有出現頸椎脫位的情況 ,爾後才推測此類死亡的原因,有可能與受困漁網掙扎有關。此研究也揭露鯨豚與漁業衝突的另一層面相。像這樣的資料,都直接或間接支持了楊瑋誠的「調查」理念,在開始討論之前,累積源自於事實的科學數據,自有其重要性。

利用電腦斷層掃描技術做死因分析,能夠找到解剖時難以找到的細小線索,提供更加完整的資訊。圖/ pexel

不管是研究上的突破或新設備的投入,每一點數據的累積都代表我們對鯨豚欠缺的認識補足了一點,逐漸步上更理想的保育路線。

從照顧單隻海豚到保育整個族群

對不同物種先入為主的誤解,往往在進行保育討論時,造成溝通上的障礙。「有些人覺得『海豚有海就可以活』,那就表示施工的時候(海豚)就應該閃邊去。又沒有把整個海圍起來,你可以去其他地方啊!」說到大眾對鯨豚常有的迷思,楊瑋誠只能苦笑。其實就跟人類都市會劃分商業區、住宅區一樣,鯨豚在海中也有屬於自己的覓食區、育幼區、繁殖區。而各種鯨豚對於海洋自有不同的棲地需求,像是台灣白海豚就生活在深度不超過二十公尺水域,離岸多在三至五公里範圍內,大海雖大,卻也不是到處都能去的。

多數大眾對於鯨豚的關注主要從擱淺事件開始,關心的是某個個體是否回復健康、回到大海。楊瑋誠在鯨豚調查局的研究,從鯨豚面對壓力的緊迫生理、潛水夫病等疑難雜症,甚至是如何在檢測違法鯨豚肉的試紙開發,以及發現鯨豚身上有來自陸地汙染海洋的病原,皆是期待能做得更多。「我們在做的事情已經不是在保護一隻海豚,而是保護更多海豚。」

除了累積研究科學研究之餘,如何把成果傳達給更多人、發揮影響力也是同等重要的任務。經過二十年的累積,楊瑋誠團隊開始經營起 FB 粉專「CIB 鯨豚調查局」傳遞相關的知識洞見。除此之外,他也期待近年鯨豚保育議題已經開始逐漸發酵,如出現在中小學課本中,或者有更多相關的展覽等,都能加深大眾對鯨豚的認識。雖然「保護更多鯨豚」的目標任重而道遠,但楊瑋誠認為這就跟種樹一樣,即便可能要很久才能看到成果,卻絕對有努力去做的價值。

「保育一詞雖代指『保護各種生物的行為』,但其內涵是生物的『共存』,讓不同生物都能活在這個地球上。我認為推廣保育的工作,也應該秉持『共存』的概念,讓意見相左的人一同前進,才是真正的保育。透過公開數據與資料,將不同意見的人們拉向針對事實的討論,正是鯨豚調查局的初衷。」

鯨豚保育的初衷為人類與鯨豚「共好」。圖/pexel

鯨豚身為海洋食物鏈的頂點消費者,其種類與數量反應了海洋的生產能量,是海洋健康的指標物種。台灣周遭海域的鯨豚,既是自然的餽贈,維繫其健康與福祉,也應是我們無法推卸的責任。

參考資料

科技大觀園_96
7 篇文章 ・ 1 位粉絲
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