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癌症的侵略,演化也推了一把

王希文
・2015/07/27 ・1575字 ・閱讀時間約 3 分鐘
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本圖片轉載自原始報導連結

編譯/王希文

癌症,又名惡性腫瘤。它也曾經是個正常運作的細胞,但因為各種因素的影響,使得正常的細胞分裂程序失控、異常增生而變成一群癌細胞。更糟糕的是,癌症還會透過「轉移」入侵身體的其他部分、甚至擴散至各器官,最終可能導致患者的死亡。

關於惡性腫瘤形成的原因,當前比較主流的研究集中在細胞突變的累積,造成正常的細胞失控。不過,今年 7月21日刊登在期刊《Proceedings of the National Academy of Sciences》的論文作者DeGregori博士,挑戰了這個論點:演化壓力在癌症失控過程中,可能也推了一把!

好細胞與癌細胞的演化戰場

這篇論文的主要作者 James DeGregori 博士,同時也是科羅拉多大學癌症研究中心的基礎科學副主任。他認為,生物學家在研究癌症時,大多將重點放在致癌風險因素上,例如抽煙和老化如何造成新的突變,卻忽略了這些因素如何改變細胞所處的組織(tissue)環境,繼而影響環境壓力對突變細胞的選擇性。

論文內容指出,當健康的細胞和癌細胞同時處在健康的組織環境中,健康細胞的競爭力比癌細胞略勝一籌;但組織環境如果因為衰老、抽煙或其他造成身體壓力的因素而產生改變,癌症細胞可能就會異軍突起,並且經由一代一代的選汰過程逐步擴散。DeGregori博士運用演算模組,模擬並分析一池幹細胞(stem cell pool)的組成,結果顯示:癌細胞的增生,組織環境所造成的演化壓力,比細胞突變更有影響力。

這篇研究所提出的觀點,對未來的癌症治療和藥物研發可能會有革命性的改變。「過去我們總是製造針對癌細胞異變的藥物,但如果造成癌症擴散的元凶不只是癌症相關的異變,還加上身體的生態系統,那麼我們也應該關注那些有助於健康細胞生長的事前預防和生活選擇,以抑制癌症發生的可能性。」 DeGregori 博士說。

電子顯微鏡下的乳癌細胞。Source: wikipedia

換一個場景,命運大不同

DeGregori 博士提出的這套癌症模型也有助於解開癌症研究中始終常駐的一個問題,稱做「皮托悖論」(Peto’s Paradox)--若癌症是隨機突變所導致,那體型愈大、擁有愈多細胞的動物在早期罹癌的風險就應該越高。那為什麼不同體型、壽命長短不同的哺乳動物,卻似乎都是在生命晚期罹癌比率才增高?而 DeGregori 博士和這篇論文的另一位作者 Andrii Rozhok 博士所提出的解答是,除了突變之外,或許也需要組織環境產生相關的變化,才會對癌症細胞的生存有利,讓它們得以勝過健康細胞。

其他研究也支持 DeGregori博士的模型。造成細胞癌化的突變,在環境中並不一定增加細胞的適存度(fitness)。「事實上,身處在健康環境中的健康細胞,已經好到任何突變都只會使它們更不利於生存。」DeGregori博士表示。

舉例來說,有些癌細胞的突變使得它們可以在氧氣較少的組織環境中生存,例如正在形成的腫瘤之中,但這種改變卻只在氧氣量少的環境中有利。若換一個場景,在健康、氧氣量足夠的環境中,這種突變便不具有優勢,發生這種突變的細胞會在演化戰場上輸給健康細胞,癌細胞會死亡,或至少數量會受到抑制,維持在極少量。

這就和恐龍一樣。在隕石撞地球之前,地球的環境是有利於他們生存的;哺乳類等動物雖然存在,不過數量不多。但在隕石撞地球、大幅改變了生態系統之後,有毛的、有羽的溫血動物開始占上風。

「當身體因為老化、抽煙或遺傳基因變異等因素產生改變,組織環境也會隨之改變,促使另一種新的細胞取代健康細胞。」DeGregori博士說。

當然,藉由選擇生活方式,我們可以避開某些改變組織環境的因素,譬如不抽煙。不幸的是,我們不可能不老化。但是,或許藉由重新瞭解組織環境以及新的療法,可以強化組織環境中的某些特性,使我們能更好更久地遠離癌症。

 

資料來源:

Evolution, not just mutation, drives development of cancer sciencedaily [July 21, 2015]
Cancer World Health Organization( WHO)

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王希文
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泛科學編譯作者 熱愛吃東西,尤其是甜點

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光溜溜的下巴怕鐵拳?快把你的鬍子留好留滿!【2021年搞笑諾貝爾—和平獎】

Yiting
・2021/09/23 ・1791字 ・閱讀時間約 3 分鐘

要打架可以,但不要打臉啊啊啊!!!

試著在腦袋裡想像一下,打架的時候你第一個目標會先打哪裡呢?

過往研究顯示,男人與男人之間一言不合就開打的情況相當稀鬆平常,因此臉部掛彩什麼的都只是小事。而流行病學數據也告訴我們,男性因為打架導致臉部受傷的比例,比女性高出 68~92%(不是說好不打臉的嗎?)。

既然臉這麼重要,下頜骨(mandible)又是一個很容易在打架時骨折的區域,有沒有什麼方式可以妥善保護它?——或許你可以考慮像海格一樣留個濃~濃~的鬍子!

你有想過為什麼要留這麼濃密的鬍子嗎 (´・ω・`)? 圖/Pexels

怕痛嗎?要不要考慮留個鬍鬚?

自古以來,有鬍子的男性都被認為比較陽剛、有男人味,就像雄獅那頭帥氣的鬃毛一樣。以前,你可能只會覺得「這些人留鬍子是想耍帥吧?」,但在看完今年(2021)搞笑諾貝爾和平獎的得獎研究之後,你會知道這些鬍子可沒這麼簡單 ಠ_ಠ

今年搞笑諾貝爾和平獎,由美國猶他大學(University of Utah)的研究者 Beseris、Naleway、Carrier 獲得,他們發現擁有濃密的鬍子除了讓你看起來男性氣質 +10%,還能讓你在實戰中防禦力 +30%!

想模擬濃密的鬍鬚?試試羊毛吧!

為了知道人類鬍子的防禦指數到底有多少,研究團隊首先以短纖維環氧樹脂化合物(short fiber epoxy composite)作為材料,建構出人類的骨頭模擬物。而後再用羊皮、羊毛模擬出人的皮膚、鬍子,並將這些模擬物分為三組:毛茸茸的毛、修剪過的毛、無毛,用以代表著有濃密鬍鬚、修剪過鬍鬚、拔除鬍鬚(furred, sheared, plucked)這三種狀態的人類男性。

在製作好毛茸茸這些模擬物後,我們還缺少一個最重要的東西:拳頭。而落錘重量衝擊試驗機(drop weight impact tester,型號為 Instron Dynatup 8250)就是研究團隊們用來代替拳頭的進行落錘衝擊實驗的完美物品。

我們的人工拳頭落錘重量衝擊試驗機與毛茸茸的樣品。圖上中文為作者加註。圖/參考資料 1

毛茸茸的毛,防禦力 +30% 的關鍵

在使用了落錘重量衝擊試驗機後,研究團隊發現相較於「修剪過的毛」或「無毛」這兩種樣本而言,「毛茸茸的毛」確實可以吸收更多重量衝擊,提供下方的骨骼模擬物較好的保護力。

我們可以從圖 A 較為平緩的黑色曲線看出,當落錘掉下來時,「毛茸茸的毛」具有緩衝效果,衝擊力達到高峰耗費的時間長,吸收重量衝擊的效果較好,灰線也顯示這坨濃密的毛能吸收的能量比「修剪過的毛」、「無毛」兩組來得多。而圖 B、C 則告訴我們,若使用「修剪過的毛」、「無毛」樣本進行實驗,落錘釋放的力會在短時間內達到高峰,毛髮吸收的能量也沒有「毛茸茸的毛」來得多。

落錘重量衝擊試驗的數據圖表,三張圖分別代表毛茸茸的毛(A)、修剪過的毛(B)、無毛(C)這三組樣本;黑線為落錘掉下來的衝擊力,灰線則表示毛髮吸收的能量。圖/參考資料 1

鬍子防禦力有限,珍惜下頜骨才是上策

上述數據告訴我們,「毛茸茸的毛」能比另外兩組多吸收將近 30% 的能量,但這是否代表著我們留了濃密鬍子後,就能成為一個不怕痛的耐打高手嗎?事實可能並不盡然。

研究團隊表示,濃密的鬍鬚雖然能減少臉部皮膚、肌肉的傷害,也能保護臉部骨骼脆弱的區域免於骨折危機,但魔鬼藏在細節中——你的鬍鬚並不是羊毛啊!在本次研究中使用的羊皮、羊毛其實相當毛茸茸又厚實,即使能作為一個好的模擬物,但在缺乏人類臉部毛髮粗細、密度、厚度數據的情況下,並沒有辦法 100% 保證它能代表我們。

此外,不同人種的臉部毛髮也略有差異。擁有中東與北歐血統的人們,能夠長出厚實、濃密的鬍鬚;然而東亞、美洲印地安人的臉部毛髮卻相對稀少。後續仍需要進行更多的研究,確定這些毛髮究竟是如何影響衝擊力道,或許也可以透過建立毛髮纖維模型並以程式模擬的方式達成研究目的。總而言之,在更多研究數據出來之前還是先別輕舉妄動,小心防禦力沒加成,反而讓自己破相啦!

參考資料

  1. E A Beseris et al., Impact Protection Potential of Mammalian Hair: Testing the Pugilism Hypothesis for the Evolution of Human Facial Hair,Integrative Organismal Biology, Volume 2, Issue 1, 2020.
  2. The 2021 Ig Nobel Prize Winners

Yiting
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在鳳梨田裡唸生科的人類,畢業後意外走上了科普路,目前還在緩慢前行中。喜歡有趣怪知識、諧音爛笑話,還有床。
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