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【Gene思書齋】豬玀紀,失落的世界(二):那裡的恐龍科學嗎?

Gene Ng_96
・2015/07/30 ・3902字 ・閱讀時間約 8 分鐘 ・SR值 512 ・六年級

➙➙豬玀紀,失落的世界(一):這是不折不扣的黑心商品

其他出包的恐龍狀況

恐龍這支稱霸中生代(Mesozoic)兩億五千一百萬年前至六千六百萬年前的陸生脊椎動物,首次出現於二疊紀(Permian,299─251 百萬年前)晚期,並在三疊紀(Triassic,251─199.6 百萬年前)中期成為優勢陸棲動物群,曾支配全球陸地生態系統超過一億六千萬年之久。如果把地球歷史的五十億年壓縮成一天廿四小時,恐龍大概在舞台上唱了四十六分鐘的戲,而我們智人則才出場不到一分鐘(約五十八秒)而已。

雖然名為《侏羅紀公園》或《侏羅紀世界》,但後者出場的霸王龍、迅猛龍、滄龍、重爪龍、似鱷龍、甲龍、三角龍、似雞龍、微角龍、厚頭龍、副櫛龍、愛德蒙托龍,主要出現在白堊紀(Cretaceous Period)的 145.5─65.5 百萬年前,長達八千萬年間,而非更早的侏羅紀。

只有翼龍、中棘龍、雙型齒龍、雷龍、劍龍才是出現在界於三疊紀和白堊紀之間的侏羅紀(Jurassic),約一億九千九百六十萬年前到一億四千五百五十萬年前。因此,《侏羅紀世界》應該改稱《白堊紀世界》(Cretaceous World)才比較確實,只是感覺就整個遜掉了。

《侏羅紀世界》的一大賣點是超大、超猛的滄龍。不過滄龍實際上是海洋爬行動物,並非恐龍,屬於鱗龍類,是身上覆蓋者重疊鱗片的爬行動物。《侏羅紀世界》裡的滄龍看來比一隻成年鯊魚大許多,一口吞下整條鯊魚只是塞牙縫。可是實際上滄龍只比一條鯊魚稍大,大概可達十四至十五公尺長,很少超過十八公尺長,滄龍科的成員也並非全都身軀龐大,有些小型滄龍大約才兩公尺長,和一隻鱷魚差不多。可是《侏羅紀公園》的滄龍估計長達兩百公尺!比所有已知的滄龍都還大。滄龍的泳速也不太可能像電影中那樣迅速到能躍出水面像鯨豚那樣表演,電影裡頭那隻也是人造怪物無誤。

迅猛龍一向是恐龍電影的大賣點,可是《侏羅紀世界》中的迅猛龍不僅沒羽毛,有幾處和實際的古生物學發現有出入,就像鳥一樣,迅猛龍缺少能做出電影中的那些表情的面部肌肉,尾巴也不會像電影中那麼靈活。同時,電影中的迅猛龍體型都太大了,真實的迅猛龍的大小和一隻火雞差不多而已。迅猛龍是否像《侏羅紀世界》裡那樣集體獵食呢?有可能的,不過證據僅來自美國蒙大拿州的一處化石,幾隻迅猛龍圍在食物周圍。

《侏羅紀世界》中的翼龍看來很耍寶,可是實際上翼龍無法像電影中那樣把遊客捉起來在空中拋來拋去,牠們的體力無法辦到。翼龍是飛行爬行動物,並非恐龍。雙翼的翼膜由皮膚、肌肉、其他軟組織構成,從身體兩側延展到極長的第四手指上。翼龍沒有牙齒,可能吃魚為生,過去許多電影都把翼龍搞成有牙齒的怪物,雖然翼龍沒有強到把人叼上天,可是《侏羅紀世界》裡的翼龍沒有牙齒,算是比較精確些的。

在電影中,肉食恐龍如暴龍和迅猛龍都被描繪得異常兇殘,而草食恐龍如三角龍和雷龍等則溫馴可親近。如果真的到了「侏羅紀世界」,這種刻版印象恐怕會要命。大型草食動物,如河馬和大象,在非洲每年都造成許多人死亡,像看來頗無害的河馬,大嘴的咬合力之強,連鱷魚都不見得是對手。河馬性格暴躁且攻擊性極強,是世界上最危險的動物之一,更是非洲每年殺死最多人的動物,勝過看似凶猛的獅子、鱷魚、毒蛇等猛獸,每年約有三千多人喪命其大嘴下。另外,每年也有好幾百人喪命大象、野牛腳下。所以還是敬那些大型草食恐龍而遠之,以策安全吧。

恐龍的基因工程

科學家真的能夠從琥珀的蚊子體內得到恐龍血、萃取到 DNA 嗎?

根據古 DNA 研究專家長年的經驗分析發現,DNA 很難存在超過一百五十萬年仍保持足夠的完整度,更何況要萃取六千五百萬年到上億年的 DNA,就算有超低溫保存又防宇宙射線,也不見得能夠辦到。古 DNA 研究的開山祖師,瑞典裔德國科學家帕波(Svante Pääbo)在他的好書《尼安德塔人:尋找失落的基因組》(Neanderthal Man: In Search of Lost Genomes)中有詳細闡明(請參閱〈尋覓尼安德塔人的失落基因體〉))。

搞笑的是,《侏羅紀世界》裡頭的的蚊子 Toxorhynchites 體內是抽不到任何一丁點恐龍 DNA的,因為牠們其實不吸血,而是吸食果汁、蜜汁和樹汁等等,吃素的。即使是吸血的蚊子,也會有個問題──抽到的 DNA 絕大部分是蚊子的 DNA,要怎麼海底撈針找到恐龍專屬的 DNA 呢?這恐怕是天大的挑戰。因此,利用取得真正的恐龍 DNA 來複製出恐龍,恐怕會是個胎死腹中的夢想。

為了製造《侏羅紀世界》的最大賣點之一帝王暴龍,遺傳學家使用暴龍、南方巨獸龍、迅猛龍、瑪君龍、食肉牛龍、皺褶龍屬、阿貝力龍、樹蛙、烏賊的基因,其聲可達一百四十分貝,前進的時速可達五十英哩。樹蛙讓牠躲過熱感應追蹤器的偵測、烏賊基因讓牠能在環境中變色、隱藏及快速成長,迅猛龍基因能讓牠和迅猛龍溝通。

在電影中,要混合多少種動物的基因當然是隨他們自己說,可是現實中基因不是一個獨立的運作單位,從鳥類的基因體來推估,恐龍很可能有約兩萬個基因,和人類差不多。基因之間有互相複雜的交互作用來製造出一個完整健康的個體,並不是塞進樹蛙的基因,恐龍就會有樹蛙的能力,也要其他基因能夠完美配合才行。我們現在對基因運作所知還有限,未來廿、卅年都不見得能夠隨心所欲地調配基因定製動物。

除了那隻異常聰穎兇殘的帝王暴龍,《侏羅紀世界》的吳博士也很明確地告訴他那位還在狀況外的老闆:園區裡頭所有恐龍全都是基因工程的產物。因為他們的理論假設,即使拿到恐龍的 DNA,也不太會是完好無缺的,他們勢必要用其他動物的基因體來填補空缺。這在學理上反倒是可行的,因為儘管許多動物看起來差異甚大,可是大部分基因的功能都是相當保守的,尤其是親緣關係愈近的物種,擁有相似基因的比例就愈高,例如人和黑猩猩可能只有不到 2% 的基因是有顯著差異的。

如果我們勉強接受《侏羅紀公園》能取得部分恐龍 DNA 而用其他動物 DNA 來填補空缺的想法,那就如吳博士說的,他們其實並沒有純種恐龍,園區裡所有恐龍都是基因工程的產物,所以沒有任何一隻恐龍的遺傳組成和侏羅紀或白堊紀時期的恐龍一模一樣。

如此一來,帝王暴龍就不是首隻基因混合的恐龍。在回應生物學家和恐龍迷的抨擊時,導演其實大可用此設定回應,說《侏羅紀世界》的遺傳學家只是製造出「看似」恐龍的基因混合動物,不需要負責任地吐槽說那不是紀錄片,可見他們根本不關心科學,而只是想賺錢而已。

《侏羅紀公園》提到用蛙的基因體來填補恐龍基因體的空缺,在當時有一定的道理,因為當時基因體研究還才剛剛興起,鳥的基因體研究還完全未開始,在脊椎動物中,蛙的遺傳研究及基因體大小都比較可用。這個設定現在看來頗不實際,因為蛙是兩棲動物,而恐龍是羊膜動物,現生羊膜動物包括鳥類、爬行動物和哺乳動物。羊膜動物比兩棲動物更適應陸地生活,不需要像兩棲動物那樣需要生活在潮濕的環境,因為羊膜動物會生下包括堅固的透氣皮質或堅硬的蛋,裡頭還有促進呼吸與提供廢物處理的尿膜,腎臟與大腸適合保持水分,大部分哺乳類更演化出胎盤等結構。用蛙來填補恐龍 DNA 的空缺,那些恐龍恐怕要天天泡在水裡頭才能生存吧?

因此還是用鳥吧!如上所述,鳥類是由獸腳類恐龍演化而來的,基因體和恐龍最相像。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[1];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[2];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[3]。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。

而且何必想要從琥珀的蚊子中抽取到恐龍的 DNA 呢?不如用演化基因體學的方法來推估恐龍和鳥類基因體究竟可能差異在哪,這個方法比電影中的方法實際。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,複製「侏羅紀公園」就不會是空想了,我們要做的,就是研究非鳥類恐龍到鳥類恐龍之間,在基因體的層次上發生了啥有意義的變化,然後用逆向工程為之,不信的話請看以下影片:

延伸閱讀:

豬玀紀,失落的世界(一):這是不折不扣的黑心商品

豬玀紀,失落的世界(三):只為了娛樂,其實把劇情搞得更糟

引用文獻:

1. 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]↩
2. 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.↩
3. 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.↩

參考資料:

Danielle Andrew. 5 Science Facts Jurrassic World Totally Ignored. IFL Science. June 25, 2015.
Laura Geggel and LiveScience. Awesome Dinos, Iffy Science Inhabit Jurassic World. Scientific American. June 18, 2015.
Linda Qiu and Dan Vergan. ‘Jurassic World’ Dinosaurs Stuck in the 1980s, Experts Grumble. National Geographic. NOVEMBER 27, 2014
NICHOLAS ST. FLEUR. A Paleontologist Deconstructs ‘Jurassic World’. The New York Times. JUNE 12, 2015.
MANOHLA DARGIS. Review: In ‘Jurassic World,’ the Franchise Feeds the Beast. The New York Times. JUNE 11, 2015.
Mark Mancini. 6 Amazing Mosasaur Facts to Prepare You For ‘Jurassic World’. Mental Floss. June 9, 2015.
Joshua A. Krisch. Here’s The Real Science Behind Jurassic World. VOCATIV. 06/12/15.

本文原刊登於閱讀‧最前線【GENE思書軒】,並同步刊登於The Sky of Gene

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Gene Ng_96
295 篇文章 ・ 24 位粉絲
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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用這劑補好新冠預防保護力!免疫功能低下病患防疫新解方—長效型單株抗體適用於「免疫低下族群預防」及「高風險族群輕症治療」
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2023/01/19 ・2882字 ・閱讀時間約 6 分鐘

本文由 台灣感染症醫學會 合作,泛科學企劃執行。

  • 審稿醫生/ 台灣感染症醫學會理事長 王復德

「好想飛出國~」這句話在長達近 3 年的「鎖國」後終於實現,然而隨著各國陸續解封、確診消息頻傳,讓民眾再度興起可能染疫的恐慌,特別是一群本身自體免疫力就比正常人差的病友。

全球約有 2% 的免疫功能低下病友,包括血癌、接受化放療、器官移植、接受免疫抑制劑治療、HIV 及先天性免疫不全的患者…等,由於自身免疫問題,即便施打新冠疫苗,所產生的抗體和保護力仍比一般人低。即使施打疫苗,這群病人一旦確診,因免疫力低難清除病毒,重症與死亡風險較高,加護病房 (ICU) 使用率是 1.5 倍,死亡率則是 2 倍。

進一步來看,部分免疫低下病患因服用免疫抑制劑,使得免疫功能與疫苗保護力下降,這些藥物包括高劑量類固醇、特定免疫抑制之生物製劑,或器官移植後預防免疫排斥的藥物。國外臨床研究顯示,部分病友打完疫苗後的抗體生成情況遠低於常人,以器官移植病患來說,僅有31%能產生抗體反應。

疫苗保護力較一般人低,靠「被動免疫」補充抗新冠保護力

為什麼免疫低下族群打疫苗無法產生足夠的抗體?主因為疫苗抗體產生的機轉,是仰賴身體正常免疫功能、自行激化主動產生抗體,這即為「主動免疫」,一般民眾接種新冠疫苗即屬於此。相比之下,免疫低下病患因自身免疫功能不足,難以經由疫苗主動激化免疫功能來保護自身,因此可採「被動免疫」方式,藉由外界輔助直接投以免疫低下病患抗體,給予保護力。

外力介入能達到「被動免疫」的有長效型單株抗體,可改善免疫低下病患因原有治療而無法接種疫苗,或接種疫苗後保護力較差的困境,有效降低確診後的重症風險,保護力可持續長達 6 個月。另須注意,單株抗體不可取代疫苗接種,完成單株抗體注射後仍需維持其他防疫措施。

長效型單株抗體緊急授權予免疫低下患者使用 有望降低感染與重症風險

2022 年美、法、英、澳及歐盟等多國緊急使用授權用於 COVID-19 免疫低下族群暴露前預防,台灣也在去年 9 月通過緊急授權,免疫低下患者專用的單株抗體,在接種疫苗以外多一層保護,能降低感染、重症與死亡風險。

從臨床數據來看,長效型單株抗體對免疫功能嚴重不足的族群,接種後六個月內可降低 83% 感染風險,效力與安全性已通過臨床試驗證實,證據也顯示該藥品針對 Omicron、BA.4、BA.5 等變異株具療效。

六大類人可公費施打 醫界呼籲民眾積極防禦

台灣提供對 COVID-19 疫苗接種反應不佳之免疫功能低下者以降低其染疫風險,根據 2022 年 11 月疾管署公布的最新領用方案,符合施打的條件包含:

一、成人或 ≥ 12 歲且體重 ≥ 40 公斤,且;
二、六個月內無感染 SARS-CoV-2,且;
三、一周內與 SARS-CoV-2 感染者無已知的接觸史,且;
四、且符合下列條件任一者:

(一)曾在一年內接受實體器官或血液幹細胞移植
(二)接受實體器官或血液幹細胞移植後任何時間有急性排斥現象
(三)曾在一年內接受 CAR-T 治療或 B 細胞清除治療 (B cell depletion therapy)
(四)具有效重大傷病卡之嚴重先天性免疫不全病患
(五)具有效重大傷病卡之血液腫瘤病患(淋巴肉瘤、何杰金氏、淋巴及組織其他惡性瘤、白血病)
(六)感染HIV且最近一次 CD4 < 200 cells/mm3 者 。

符合上述條件之病友,可主動諮詢醫師。多數病友施打後沒有特別的不適感,少數病友會有些微噁心或疲倦感,為即時處理發生率極低的過敏性休克或輸注反應,需於輸注時持續監測並於輸注後於醫療單位觀察至少 1 小時。

目前藥品存放醫療院所部分如下,完整名單請見公費COVID-19複合式單株抗體領用方案

  • 北部

台大醫院(含台大癌症醫院)、台北榮總、三軍總醫院、振興醫院、馬偕醫院、萬芳醫院、雙和醫院、和信治癌醫院、亞東醫院、台北慈濟醫院、耕莘醫院、陽明交通大學附設醫院、林口長庚醫院、新竹馬偕醫院

  • 中部

         大千醫院、中國醫藥大學附設醫院、台中榮總、彰化基督教醫療財團法人彰化基督教醫院

  • 南部/東部

台大雲林醫院、成功大學附設醫院、奇美醫院、高雄長庚醫院、高雄榮總、義大醫院、高雄醫學大學附設醫院、花蓮慈濟

除了預防 也可用於治療確診者

長效型單株抗體不但可以增加免疫低下者的保護力,還可以用來治療「具重症風險因子且不需用氧」的輕症病患。根據臨床數據顯示,只要在出現症狀後的 5 天內投藥,可有效降低近七成 (67%) 的住院或死亡風險;如果是3天內投藥,則可大幅減少到近九成 (88%) 的住院或死亡風險,所以把握黃金時間盡早治療是關鍵。

  • 新冠治療藥物比較表:
藥名Evusheld
長效型單株抗體
Molnupiravir
莫納皮拉韋
Paxlovid
帕克斯洛維德
Remdesivir
瑞德西韋
作用原理結合至病毒的棘蛋白受體結合區域,抑制病毒進入人體細胞干擾病毒的基因序列,導致複製錯亂突變蛋白酵素抑制劑,阻斷病毒繁殖抑制病毒複製所需之酵素的活性,從而抑制病毒增生
治療方式單次肌肉注射(施打後留觀1小時)口服5天口服5天靜脈注射3天
適用對象發病5天內、具有重症風險因子、未使用氧氣之成人與兒童(12歲以上且體重至少40公斤)的輕症病患。發病5天內、具有重症風險因子、未使用氧氣之成人與兒童(12歲以上且體重至少40公斤)的輕症病患。發病5天內、具有重症風險因子、未使用氧氣之成人(18歲以上)的輕症病患。發病7天內、具有重症風險因子、未使用氧氣之成人與孩童(年齡大於28天且體重3公斤以上)的輕症病患。
*Remdesivir用於重症之適用條件和使用天數有所不同
注意事項病毒變異株藥物交互作用孕婦哺乳禁用輸注反應

免疫低下病友需有更多重的防疫保護,除了戴口罩、保持社交距離、勤洗手、減少到公共場所等非藥物性防護措施外,按時接種COVID-19疫苗,仍是最具效益之傳染病預防介入措施。若有符合施打長效型單株抗體資格的病患,應主動諮詢醫師,經醫師評估用藥效益與施打必要性。

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環境 DNA 猛獁象現蹤,化石消失幾千年後才真正滅團?
寒波_96
・2023/01/13 ・3572字 ・閱讀時間約 7 分鐘

一萬多年前冰河時期結束後,許多地方的生態系明顯改變,例如歐亞大陸和美洲的猛獁象都滅絕了,僅有少少倖存者,殘存於北冰洋的小島一直到 4000 年前。

上述認知來自對化石遺骸的判斷,可是最近由環境沉積物中取樣古代 DNA 分析,卻指出猛獁象等幾種生物,在亞洲和美洲大陸其實又延續了好幾千年。這些證據可靠嗎,猛獁象到底什麼時候滅絕?

距今 200 萬前的格陵蘭,生態想像圖。圖/Beth Zaikenjpg

古時候的環境 DNA,創下 200 萬年紀錄

DNA 原本位於生物的細胞之內,生態系中有很多生物,時時刻刻留下各自的 DNA,從土壤、水域等來源取樣分析所謂的「環境 DNA」(environmental DNA,可簡稱為 eDNA),能得知環境中包含哪些生物。

如果環境樣本能保存成千上萬年,那麼定序其中的 DNA 片段,再加上化石、花粉等不同線索,便有希望窺見古時候的生態系。

威勒斯勒夫(Eske Willerslev)率領的一項研究,藉由此法重現來自格陵蘭沉積層,距今 200 萬年之久的 DNA 片段,2022 年底發表時成為年代最古早的 DNA 紀錄,也得知當年存在格陵蘭的眾多植物與動物。[參考資料 5]

最出乎意料的莫過於乳齒象(mastodon),由於缺乏化石,古生物學家一直認為那時候的乳齒象,並未棲息於這麼北的地帶,此一發現充分展示出古代環境 DNA 的價值。然而 DNA 的探索範圍也明顯有侷限,例如該地區出土超過 200 個物種的昆蟲化石,DNA 卻只能偵測到 2 種。

猛獁象化石無存後幾千年,依然有留下 DNA

當時間尺度是百萬年時,實際是 200 萬 3300 年或是 199 萬 8700 年,也就是 200.33 或 199.87 萬,幾千年的誤差範圍無關緊要。但是當探討對象是最近一萬年,猛獁象的 DNA 究竟存在於 9000 或 6000 年前,意義就差別很大。

這兒的「猛獁象」都是指真猛獁象(woolly mammoth,學名 Mammuthus primigenius)。由另一位古代 DNA 名家波因納(Hendrik Poinar)和威勒斯勒夫各自率隊,同在 2021 年底發表的論文獲得類似結論:猛獁象化石消失的幾千年後,沉積物中仍然能見到 DNA,可見還有個體又存續幾千年。[參考資料 1, 2]

威勒斯勒夫主導論文的取材地點。以北極為中心,視角和台灣人習慣的地圖很不一樣。圖/參考資料 2

波因納率領的研究探討白令東部,也就是如今加拿大的育空地區,距今 4000 到 3 萬年前的沉積層;結論是原本認為早已消失的美洲馬、猛獁象,一直延續到 5700 年前。威勒斯勒夫戰隊取材的地理範圍廣得多,包括西伯利亞西北部、中部、東北部、北美洲、北大西洋,判斷猛獁象生存到 3900 年前。

更詳細看,威勒斯勒夫主導的論文指出,猛獁象在西伯利亞東北部最後現蹤於 7300 年前,西伯利亞中北部的泰梅爾半島(Taimyr Peninsula)為 3900 年前,此一年代和北冰洋的外島:弗蘭格爾島(Wrangel)之化石紀錄相去不遠。而北美洲則是 8600 年前,比波因納戰隊的 5700 年更早。

如果兩隊人馬的判斷都正確,意思是猛獁象(與某些大型動物)在北美洲延續到 5700 年前,在亞洲大陸與外島到 3900 年;比起當地出土最晚化石的時間,皆更晚數千年。

只有 DNA 不見化石,會不會是死掉好幾千年仍一直外流 DNA?

根據化石紀錄,冰河時期結束後,仍有少少生還的猛獁象在弗蘭格爾島一直延續到 4000 年前。由此想來,當大多數同類已經滅團時,某些地點還有孤立的小團體延續,並不意外。只是我們不見得能見到化石。

然而,威勒斯勒夫主導的論文受到挑戰。質疑者提出,猛獁象這類動物住在寒冷的環境,去世後遺體如果被冷凍保存,又持續緩慢解凍,在接下來的幾千年便有可能不斷釋出新鮮的 DNA,讓我們誤以為仍有活體。[參考資料 3]

舉個極端狀況。假如 2 萬年前死亡的猛獁象,去世後一直冷凍在冰層中,現在被我們取出解凍,也許其中仍保有不少生猛 DNA,可是實際上牠已經去世很久了。

上述質疑,應該是這類研究手法共通的潛在問題。發生在一百萬年前無關緊要,一萬年內卻會導致不小的誤判。

喔~~喔喔~~喔喔~~喔喔~爪爪

距今 1 萬多年前的育空,生態想像圖。圖/Julius Csotonyi

化石消失的時刻,往往比生物滅團更早

威勒斯勒夫戰隊則回應表示:論文結論沒有問題,沈積層中取得的古代 DNA 確實來自那時在世的動物。我覺得不論觀點是否正確,回應的思路都值得瞧瞧。[參考資料 4]

為什麼動物依然存在時,見不到當時的化石紀錄?主因是動物去世後,只有極低比例的個體會變成化石。一種動物在滅團以前,通常個體數目持續降低,少到一個程度後,還能留下化石的機率已逼近 0 。所以化石紀錄最後的時間點,早於動物實際消失的年代。

和化石相比,動物遺留 DNA 的機率遠高於化石。活生生的動物就會持續排放 DNA,死亡身體分解後又會釋出不少; DNA 未必會留在原本生活的地點,不過如今的偵測技術足夠敏銳,即使只有幾段也有機會抓到。

猛獁象,活的!

是否有可能,猛獁象去世幾千年仍持續釋出 DNA 片段?的確無法排除可能性。不過這項研究中有 4 個方向,支持沉積層之 DNA 源於族群規模大減,卻依然活跳跳的猛獁象。

不同時間,各地猛獁象的粒線體 DNA 型號。可以看出趨勢是,猛獁象分佈的範圍愈來愈窄,遺傳型號也愈來愈少。圖/參考資料 2

第一,如果環境中的 DNA 來自死亡多時的動物,那麼各地區應該都會見到類似現象。實際上只在少部分取樣地點偵測到。

第二,假如猛獁象遺骸緩慢分解,DNA 持續進入沉積層,同一地點的不同取樣應該都能見到。可是同一處地點,只有少數樣本能抓到猛獁象 DNA。

第三,不同沉積層取得的環境樣本,包含當時生態系中很多生物的 DNA。存在猛獁象 DNA 的樣本,也能見到適合猛獁象生態系的其他植物;表示猛獁象的命運,很可能與適合牠們生活的環境同進退。

第四,倘若較晚沉積層的猛獁象 DNA,直接源自較早去世的個體,遺傳多樣性應該不會變化。然而較晚出現的粒線體型號明顯變少,後來只剩下一款。

實際狀況沒人可以肯定。我覺得前三點,都涉及樣本保存的潛在問題,干擾因素較多。第四點大概是最有力的證據,支持環境沉積物中留下的 DNA 並非源於死象遺骸,而是活體猛獁象。

研究日新月異,腦袋也要趕上

科學研究日新月異,不少人見到論文寫什麼就信以為真,卻不了解做研究其實有很多限制,即使是結論「正確」的論文,也會處處碰到解釋的侷限。

持續搜集證據,反覆思考才能進步。腦袋要靈活運用,但是也不要胡亂腦補!

延伸閱讀

參考資料

  1. Murchie, T. J., Monteath, A. J., Mahony, M. E., Long, G. S., Cocker, S., Sadoway, T., … & Poinar, H. N. (2021). Collapse of the mammoth-steppe in central Yukon as revealed by ancient environmental DNA. Nature Communications, 12(1), 1-18.
  2. Wang, Y., Pedersen, M. W., Alsos, I. G., De Sanctis, B., Racimo, F., Prohaska, A., … & Willerslev, E. (2021). Late Quaternary dynamics of Arctic biota from ancient environmental genomics. Nature, 600(7887), 86-92.
  3. When did mammoths go extinct?
  4. Reply to: When did mammoths go extinct?
  5. Kjær, K. H., Winther Pedersen, M., De Sanctis, B., De Cahsan, B., Korneliussen, T. S., Michelsen, C. S., … & Willerslev, E. (2022). A 2-million-year-old ecosystem in Greenland uncovered by environmental DNA. Nature, 612(7939), 283-291.

本文亦刊載於作者部落格《盲眼的尼安德塔石匠》暨其 facebook 同名專頁

寒波_96
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生命科學碩士、文學與電影愛好者、戳樂黨員,主要興趣為演化,希望把好東西介紹給大家。部落格《盲眼的尼安德塔石器匠》、同名粉絲團《盲眼的尼安德塔石器匠》。

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動物其實吃不出甜食!因「偏食」而消逝的味覺演化——《舌尖上的演化》
商周出版_96
・2023/01/02 ・2011字 ・閱讀時間約 4 分鐘

本喵不懂甜食啦!

貓即便有了甜味受器,也不會更容易存活或繁殖,如果牠們花更多時間吸花蜜,吃獵物的時間就會變少,如此一來還可能會影響生存。因此,即便貓的祖先的甜味受器失去功能,牠依舊可以存活。

時任蒙內爾化學感官中心研究員的李夏發現:這個演化對貓不僅有存活的意義,更是現代貓科動物的味覺濫觴,沒有任何一種現代貓科動物具有活化的甜味受器,充滿花蜜與甘甜果實的森林對貓沒有一絲口慾上的吸引力。

如果你給一隻貓一片糖霜餅乾,呃,牠也不會理你;就算牠吃了餅乾,也沒辦法感受到糖霜帶來的愉悅感,因為這個餅乾對牠來說沒有甜味。

貓咪其實無法分辨甜味。圖/envatoelements

除了貓以外,其他肉食動物如海狗、亞洲小爪水獺、斑鬣狗、馬島長尾狸貓以及瓶鼻海豚,牠們的甜味受器也沒有作用,只是這些甜味受器基因出現的破壞性突變都屬於獨立的演化事件,不過也共屬於一種基因功能缺失的趨同演化。

有人可能會想問,為什麼其他肉食性動物的甜味受器沒有失去功能?例如貓的鹹味味覺受器,就跟其他肉食性動物一樣依舊安在,但牠們獵物體內鹽分的含量就足以應付生理所需,所以牠們的鹹味味覺受器喪失功能可能只是時間早晚的問題。

海獅已經喪失了甜味跟鮮味的味覺,海豚也是,而且海豚的無味人生開始得更早,牠們根本無法嚐出甜味、鹹味或是鮮味。對海豚來說,存在的只有飢餓感與飽足感,餓了就去吃飽,而牠們相信海裡任何長得像魚而且會動的東西都可以餵飽自己。

有人可能也會好奇,到底海豚的獵物要有什麼特色才能為牠們帶來進食的愉悅感?我們不知道。海豚的愉悅感從哪來、是什麼,至少到目前為止都是科學謎團。

不吃肉改吃素的大貓熊

特定味覺受器失去功能的情況,並不單發生在肉食性動物身上,也發生在食物選擇非常專一的動物身上。大貓熊的祖先屬於熊科動物,也跟現代的熊一樣是雜食性動物,會狩獵,會吃酸酸的螞蟻,也會吃甜甜的莓果。但到了大貓熊身上,新的食物偏好出現了,就是愛吃竹子,牠們吃竹子就可以活。

其實,當牠們才剛開始喜歡吃竹子時,竹子跟肉都是牠們愛吃的食物,但久而久之,仍然愛吃肉的大貓熊就變得難以生存或難以交配繁殖,或另一個機率較小的可能是,牠們的食物偏好無法符合生理需求,所以在覓食時無法專心致志。一段時間後, 大貓熊的鮮味受器就失去功能了,就像貓兒的甜味受器。現在就算你把肉端到大貓熊面前,牠們也不會碰上一口。

即便在多年後的未來,貓、海獅或海豚的後代也不太可能會嚐到甜味,大貓熊也依然無法嚐到鮮味,雖然隨著竹林減少,大貓熊對吃竹子的執著也讓牠們的數量不斷減少。從這些日常生活中的演化故事中我們學到:當某些東西成為需求時,比起破壞,建設是更困難的。但從頭做起雖然很難,也並非完全不可能。

現在的熊貓不在吃肉,演化成只吃竹子。圖/《舌尖上的演化》

過了三億年,蜂鳥才嘗到了「甜」的滋味

以甜味受器為例, 它在某些動物身上曾經失去功能, 但後來又重新復活了。三億年前,現代鳥類、哺乳類與爬蟲類的祖先,應該可以嚐到食物中的鹹味、鮮味與甜味,然而現代鳥類的甜味味覺沒了,不知是什麼原因,牠們的甜味受器都失去了功能。因此鳥類無法嚐出甜味,至少大多數鳥類都無法。

蜂鳥是從古燕演化而來的,而古燕跟現代的燕子一樣專門吃昆蟲,喜歡品嚐蟲子體內會出現的鮮味,對於糖分則沒什麼興趣。但在大約四千萬年前,有一群燕子開始以花蜜與含糖物質為食,可能只是為了解渴。一般鳥類並無法嚐出花蜜的甜味,所以牠們吸食花蜜就像在喝水,但花蜜畢竟不是水,裡面可富含著糖分。

因此有一假說猜測,那些喝到比較多花蜜的鳥可能獲得更多能量,因此更有機會將牠們的基因傳給後代,而牠們的鮮味受器在演化過程中,變成不只辨識原本的鮮味成分﹙像麩氨酸或是某些核苷酸﹚,也可以同時偵測糖分。

出現這種特徵的古燕就是最早的蜂鳥。蜂鳥跟一般鳥類不同,不僅能嚐出胺基酸,也能嚐出糖分。不過牠們只靠同一種味覺受器,所以胺基酸跟糖分對牠們來說,應該是同一種味道,一樣是帶來愉悅感的「鮮甜味」。

動物吃下新食物而產生美味感受的同時,也滿足了營養所需,這類美妙的演化故事,正是生物藉由愉悅感以精巧調控的生化機制滿足需求的例子。只要持續研究味覺受器的演化,我們就會發現更多類似的故事。

——本文摘自《舌尖上的演化》,2022 年 12 月,商周出版出版,未經同意請勿轉載。

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