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成為爸媽後改變的不只是人生,還有大腦

活躍星系核_96
・2015/09/22 ・2167字 ・閱讀時間約 4 分鐘 ・SR值 467 ・五年級
相關標籤: 育幼 (7)

國民法官生存指南:用足夠的智識面對法庭裡的一切。

文 / Cynthia Lin

每個新手父母都知道,小孩會改變生活的一切。當新生兒呱呱落地後,午夜場電影和賴床都變成了無眠的夜,在定時餵奶和照顧中度過。照顧一個完全依賴自己的生命,這樣的責任感令人精疲力盡,父母可能錯失了他們生命中的細微變化:就是他們大腦正在進行的改變。

當小嬰兒還在醫院尚未回家時,在動物和人類的研究顯示大腦正在進行生物上的改變來幫助處理新的責任和壓力。

source:wikimedia
source:wikimedia

做好準備當媽媽

哺乳類母親在懷孕開始到生產時期,就開始準備轉變當全職照護者了。母親的大腦會沐浴在各式賀爾蒙裡並重塑⼤大腦:包含雌激素(estrogen)、泌乳素(oxytocin)、催乳素(prolactin),使得大腦(像是與動機和壓力有關的區域)會有這些賀爾蒙的受器。

其中一個區域是下視丘(hypothalamus),負責調控身體的重要功能,如睡眠、饑餓和生殖行為等。在下視丘前方的分區是內側視前區(medial preopticarea, MPOA),與養育照護行為有關。舉例來說,缺乏MPOA 區域的老鼠不會有典型的養育照護行為,像是將子鼠聚集在窩裡或是覆蓋在子鼠上為其保溫。

另外,在美國里士滿大學(University of Richmond )的研究者發現,當大鼠懷孕並越靠近生產時,他們的MPOA 區域會變更大更複雜。作者克雷格·金斯利(Craig Kinsley )說:「這些發現推測生殖賀爾蒙作用在MPOA,來激發母親對於小孩的興趣。」

懷孕賀爾蒙也作用在控制壓力反應的大腦迴路上。這個迴路包括下視丘、腦下垂體(pituitary gland)和腎上腺(adrenal gland),都是內分泌系統的重要器官。

金斯利研究大鼠的壓力系統後發現,當新手鼠媽媽和處女鼠都放在充滿壓力的情況時,媽媽們調控壓力和焦慮的大腦區域會有較少的活動。懷孕賀爾蒙也作用在壓力迴路上,減弱大腦對某些壓力賀爾蒙的反應。因此,鼠媽媽們較可以面對新挑戰並且能有較豐富的行為反應。

「一個新手媽媽必須處理各式樣之前陌生的行為。」金斯利說。這些行為包含艱鉅的任務像是:擊敗狩獵者來保護自己的小孩,或是離開小孩去覓食。

讓媽媽們能一心多用

母親的大腦也會長出新的樹突突觸,這是神經元間的連接處,讓彼此能夠相互溝通。在2010 年,普林斯頓大學(Princeton University)的研究者計算了部分前額葉的樹突突觸的數目,而前額葉是大腦處理學習注意力和計劃的重要區域。

研究發現鼠媽媽們比起處女鼠有較多的突觸。作者班尼德塔·路納(Benedetta Leuner)說:「這可以讓媽媽們比較能專心且不容易分心。」這改變也增強媽媽一心二用時轉換注意力的能力。相似大腦的改變也可以在生產後的女性上看到。在2010 年,科學家掃描了剛生產幾周內和四個月後的新手媽媽大腦活動。在這段期間,媽媽的大腦某些區域變大了,例如前額葉。研究者推測這增加可能是來自當媽媽後與寶寶互動的新體驗。

讓男人更居家

不只是懷孕的女性需要處理複雜的賀爾蒙和大腦的改變。爸爸們和未來的爸爸們也有些微但顯著增加的雌激素和催乳素:這些可在懷孕婦女上發現大量增加的賀爾蒙。當嬰兒出生後,爸爸的睪酮素(testosterone)下降,使得他們較不具攻擊性並且較適合養育。(延伸閱讀:好爸爸的睪固酮濃度較低

在蘭道爾夫-麥肯學院(Randolph-Macon College)的神經科學家凱利·蘭伯特(Kelly Lambert)研究加州鼠(California mice)養育行為的生物機制——加州鼠是少數由男性主動照護子代的物種。她發現跟處男鼠相比,鼠爸爸可以較快學習到迷宮中哪裡藏有食物。而且鼠爸爸的海馬迴(處理學習和記憶的區域)活動也會增加。

其他的動物研究顯示養育子代的鼠爸爸大腦也準備好了:他們的大腦強化對催產素和加壓素(vasopressin)反應的神經纖維。催產素和加壓素是和照護行為有關的神經化學物質。這些神經纖維連接到皮膚的受器,並且傳遞觸覺的訊息回大腦。

蘭伯特說:「透過這樣的迴路連線,父親和子代的親密接觸會促進爸爸大腦的生理改變,在嚙齒類或人類上都可以看到這樣的現象。」

在動物和人類上的研究提供了證據,顯示生理上的改變能幫助父母處理他們的新責任和壓力。「有了小孩後嶄新的體驗,對大腦來說是最刺激的經驗之一,不管你是人類還是老鼠。」蘭伯特說,「看著鼠媽媽帶著14 個小孩,真是令人敬畏。」她還說,「他們真的知道該怎麼做,而且他們馬上就行動起來。那是因為他們的大腦正在產生改變。」

參考文獻:

  • Abraham E, Hendler T, Shapira-­‐Lichter I, Kanat-­‐Maymon Y, Zagoory-­‐Sharon O, et al. Father’s brain is sensitive to childcare experiences. Proceedings of the National Academy of Sciences. Jul 8;111(27):9792-­‐7 (2014).
  • Barrett J, Wonch KE, Gonzalez A, Ali N, Steiner M, et al. Maternal affect and quality of parenting experiences are related to amygdala response to infant faces. Social Neuroscience. 7(3):252-­‐68 (2012).
  • Franssen CL, Bardi M, Shea EA, Hampton JE, Franssen RA, et al. Fatherhood alters behavioural and neural responsiveness in a spatial task. Journal of Neuroendocrinology. Nov;23(11):1177-­‐87 (2011).
  • Keyser-­‐Marcus L, Stafisso-­‐Sandoz G, Gerecke K, Jasnow A, Nightingale L, et al. Alterations of medial preoptic area neurons following pregnancy and pregnancy-­‐like steroidal treatment in the rat. Brain Research Bulletin. 55(6): 737-­‐45 (2001).
  • Kim P, Leckman JF, Mayes LC, Feldman R, Wang X, et al. The plasticity of human maternal brain: longitudinal changes in brain anatomy during the early postpartum period.Behavioral Neuroscience.Oct;124(5):695‐700 (2010).
  • Kim P, Rigo P, Mayes LC, Feldman R, Leckman JF, et al. Neural plasticity in fathers of human infants. Social Neuroscience 9(5):522-­‐35 (2014).
  • Kinsley CH, Blair JC, Karp NE, Hester NW, McNamara IM, et al. The mother as hunter: significant reduction in foraging costs through enhancements of predation in maternal rats. Hormones and Behavior. Sep;66(4):649-­‐54 (2014).
  • Kinsley CH, Trainer R, Stafisso-­‐Sandoz G, Quadros P, Marcus LK, et al. Motherhood and the hormones of pregnancy modify concentrations of hippocampal neuronal dendritic spines.Hormones and Behavior. Feb;49(2):131-­‐42 (2006).
  • Leuner B, Gould E. Dendritic growth in medial prefrontal cortex and cognitive flexibility are enhanced during the postpartum period. Journal of Neuroscience. Oct 6;30(40):13499-­‐503 (2010).
  • Love G, Torrey N, McNamara I, Morgan M, Banks M, et al. Maternal experience produces long-­‐lasting behavioral modifications in the rat. Behavioral Neuroscience. Aug;119(4):1084-­‐96 (2005).
  • Wu Z, Autry AE, Bergan JF, Watabe-­‐Uchida M, Dulac CG. Galanin neurons in the medial preoptic area govern parental behavior. Nature. 509(7500): 325-­‐330 (2014).

原文文章:

 

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活躍星系核_96
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活躍星系核(active galactic nucleus, AGN)是一類中央核區活動性很強的河外星系。這些星系比普通星系活躍,在從無線電波到伽瑪射線的全波段裡都發出很強的電磁輻射。 本帳號發表來自各方的投稿。附有資料出處的科學好文,都歡迎你來投稿喔。 Email: contact@pansci.asia

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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

國民法官生存指南:用足夠的智識面對法庭裡的一切。

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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蟻巢營養內循環,螞蟻的蛹不動也能貢獻社會
寒波_96
・2022/12/20 ・2477字 ・閱讀時間約 5 分鐘

人類對螞蟻可謂無比熟悉,許多人還不識字就認識螞蟻了;相關的科學研究也十分豐富,產出如威爾森(E. O. Wilson)這類科學大師。2022 年底問世的一篇論文,卻出乎意料地報告一條普遍存在,此前卻一直受到忽視的現象:

螞蟻的蛹會分泌液體,作為成蟲與幼蟲的營養液。

圖/drawception

螞蟻社會的內循環營養液

螞蟻是完全變態的昆蟲,有卵、幼蟲、蛹、成蟲 4 個階段。眾所皆知螞蟻是社會性昆蟲,整個蟻巢運轉精密,但是蛹有好幾天固定不動,除了佔空間以外,在蟻巢裡好像沒什麼存在感。

這項研究主要的對象是畢氏粗角蟻 (Ooceraea biroi) ,近年成為探索螞蟻奧秘的主力。照論文的寫法,一開始目的很單純,就是把蛹從蟻巢中移出,看看孤獨對螞蟻有什麼影響。

被移出巢穴的蛹,羽化成蟲的比例有 90% ;即使周圍沒有同儕,絕大部分的蛹似乎也能成功轉大蟲。然而過程沒這麼簡單。

將螞蟻的蛹由巢中取出,搜集分泌液體的裝置。羽化前幾天,蛹會由白轉而黑化,羽化前 6 天開始分泌液體。圖/參考資料 1

蛹在成功羽化的前幾天會黑化,論文觀察到當蛹開始黑化不久,也就是羽化的 6 天之前,每天都會分泌出液體。留著液體會害蛹被自己淹死,人為將液體移除,蛹才能順利羽化。

如果是在原本的蟻巢中,蛹排放的液體還來不及把自己淹死,就會慘遭黴菌入侵感染而亡。所幸慘劇實際上不會發生,因為成年螞蟻會將液體去除。

將藍色染劑注入蛹,一天後觀察到成蟻的消化道都出現藍染,可見蛹產生的液體,都隨即轉移進入前輩同儕的肚子。分析蛹產生的液體,得知營養十分豐富。

把食用藍色染料注入蛹,便可觀察蛹分泌液體的轉移。圖/參考資料 1

完全變態的昆蟲,從幼蟲到成蟲的過程中經過蛹的階段,將幼年的身體砍掉重練。螞蟻蛹分泌的液體顯然來自蛹期分解的身體,可謂原汁原味的液化螞蟻。這些容易吸收的成分,在巢穴中直接轉移給同類,毫不浪費。

這些幼體原汁原味形成的液體營養豐富,其他會化蛹的昆蟲也會產生類似的產物,為什麼不會把自己淹死,或是被黴菌感染?應該是由於那些昆蟲會將其回收利用,轉化為成年身體的建材。社會性生活的螞蟻卻是直接排放出去,變成其他個體的食物。

同時餵養更老與更小的同儕

成年螞蟻以外,蛹產生的液體也是寶寶的營養補充液。螞蟻幼蟲移動能力有限,成年螞蟻會將寶寶放到蛹的旁邊,方便它們液來伸口。沒有液體也能正常長大,不過有得吃的幼體,生長速度更快、存活率更高。

幼蟲破蛋出生的之後一天,蛹也開始分泌液體。圖/參考資料 1

近來在台灣出名的紅火蟻(Solenopsis invicta)雖然兇狠,卻也是畢氏粗角蟻的菜單美食之一。有個實驗是給予紅火蟻和蛹,讓成年蟻選擇,結果大部份都優先將寶寶放在蛹旁邊,可見它們認為蛹提供的善液,是更佳的育幼食品。

換句話說,螞蟻在幼年階段到成年之間的蛹,同時支持更老與更小的同儕。

奧妙還不僅如此,和一般印象不同,畢氏粗角蟻沒有特定蟻后,也缺乏男生,所有成員皆為工蟻,再透過孤雌生殖進入生殖時期。

奇妙的是,蟻巢中處於不同階段的螞蟻,時程非常協調。當卵孵化出寶寶的一天後,蛹也開始分泌液體。也就是說寶寶從出生以後,馬上就能獲得營養補充液,概念實在很像哺乳動物的哺乳。

檢視螞蟻大家族 5 大群各自的代表,都觀察到蛹分泌類似的液體。圖/參考資料 1

畢氏粗角蟻只是一種螞蟻,論文還調查螞蟻分類上其他 4 大群的成員,發現各種螞蟻的蛹都會分泌液體,而且內容物極為相似。由此推敲,這是螞蟻大家族的普遍現象,可能在眾蟻尚未分家之前已經存在。

螞蟻巢穴的內部循環如此協調,充分反映出社會性昆蟲的優點,但是同為社會性昆蟲的蜜蜂沒有。這應該是螞蟻演化為社會性的重要一步,卻不是其他社會性昆蟲的特徵。

想來也很奇妙。人們對螞蟻很熟,研究螞蟻、養螞蟻的人一大堆,可是這回報告的現象儘管普遍,卻只是首度被明確指出。我猜以前應該有人發現這件事,只是沒有深入鑽研。

等待探討的問題,無所不在,只要有心。

延伸閱讀

參考資料

  1. Snir, O., Alwaseem, H., Heissel, S., Sharma, A., Valdés-Rodríguez, S., Carroll, T. S., … & Kronauer, D. J. (2022). The pupal moulting fluid has evolved social functions in ants. Nature, 1-7.
  2. A fluid role in ant society as adults give larvae ‘milk’ from pupae
  3. Anatomy of a superorganism: Ant pupae secrete fluid as ‘milk’ to nurture young larvae
  4. Pupating ants make milk — and scientists only just noticed

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

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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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家庭影響了箭毒蛙的愛情觀,而這是促進新物種誕生的第一步?
寒波_96
・2019/11/27 ・4289字 ・閱讀時間約 8 分鐘 ・SR值 572 ・九年級

達爾文的成名大作就叫作《物種起源(On the Origin of Species )》:新物種如何誕生,一直是演化學中非常重要的問題。

最近一項以草莓箭毒蛙為對象的研究,似乎發現了一種之前未知的因素,也登上當期 Nature 期刊的封面。我覺得結論頗有疑慮,不過這個議題很值得思考,一起來看看吧。

草莓箭毒蛙研究登上當期 Nature 封面。圖/取自 Nature

草莓箭毒蛙的愛情與家庭

此一研究相當有意思:實驗對象是住在巴拿馬的草莓箭毒蛙(strawberry poison frogs,學名 Oophaga pumilio)。中美洲在加勒比海的這一側,冰河時期海平面較低,是連成一片的陸地,箭毒蛙們應該較有機會來往;但是冰河時期結束後海平面上升,陸地形成比較破碎的地形,使得箭毒蛙分散在許多同溫層,缺乏見面機會。1, 2, 3

草莓箭毒蛙有許多種顏色,是由遺傳決定;大部分地方的箭毒蛙族群中只有一個顏色,少數族群超過一個顏色。外貌不同顏色可能是隨機形成,也可能受到天擇或是性擇所影響。箭毒蛙主要的天擇壓力來自於捕食,論文認為不同顏色的箭毒蛙,被捕食的風險應該差異不大,也就是說天擇的影響力有限,因此希望探索性擇的影響。

草莓箭毒蛙各地族群的分佈。圖/取自 ref1

草莓箭毒蛙寶寶出生後會經歷一段育幼時期,先由爸爸,然後再換成媽媽照顧。而這回研究令人驚奇的發現是,小時候被不同的父母照顧,竟然會影響長大後的同儕互動與求偶選擇!

愛你的姐妹,討厭你的兄弟!

在野外做實驗很困難,所以相關實驗是在實驗室中進行。在小蛙蛙出生以後,研究者將它們分為三組,一組讓和小蛙蛙同樣顏色的父母照顧,一組改由不同顏色的父母撫養,另一組則交給一位顏色相同,另一位不一樣的父母育幼。

分成三組。圖/取自ref1

實驗結果很一致,小蛙蛙長大後的求偶選擇,和自己或是父母的顏色關係都不大,反倒深受小時候照顧自己的媽媽顏色的影響:例如照顧的媽媽是紅色,那麼不管自己是紅色或藍色,成年後的草莓箭毒蛙都傾向選擇紅色的女生。

除了試圖與異性情慾交流,草莓箭毒蛙男生也會與同性競爭。另一件有趣的關鍵發現是,男生長大後偏好的打架對象,也與小時候照顧自己的媽媽顏色一樣,假如育幼的媽媽是紅色,那麼不論自己是紅色或藍色,長大的箭毒蛙都優先攻擊紅色的男生。

異性求偶的選擇。圖/取自ref1

綜合來看,草莓箭毒蛙小時候被不同顏色的媽媽育幼,會影響長大後的異性求偶,以及同性攻擊行為,論文將對異性求偶行為的影響稱為「性銘印(sexual imprinting)」,對同性攻擊行為的影響稱作「競爭銘印(rival imprinting)」。

由一系列實驗得知,草莓箭毒蛙成年後選擇的求偶與攻擊對象,被後天生命經驗影響的程度,都遠大於親生父母先天的遺傳。套用武俠小說的講法就是「愛你的姐妹,討厭你的兄弟」,簡單卻很明確。

攻擊同性的機率。圖/取自ref1

埋下撕裂族群的第一步?

到這裡為止,都是驚喜而扎實的實驗結果,不過該怎麼解釋與應用呢?這篇論文的野心不僅於此,還想進一步挑戰最重要的演化議題之一:種化(speciation),也就是新物種形成的過程。

由一群類似個體組成的同一個物種,如何形成不一樣的兩個物種?兩性生殖的生物中,生殖隔離(reproductive isolation)是必要的。

對於新物種形成,演化學家常見的想像是:原本屬於同一物種的個體們,不同個體間漸漸出現差異,導致它們之間產生後代的機率降低;隨著累積差異愈來愈多,最終達到完全無法生產後代的狀態,變成兩個無法遺傳交流的群體。

育幼會影響草莓箭毒蛙的生殖傾向,似乎能與生殖隔離沾上關係;更白話一點,若是同一族群內,存在不同顏色的個體,而個體之間的生殖成功率又受到銘印影響,銘印豈不將有機會影響族群的分化?論文接下來改以數學模型分析,兩種銘印對族群內顏色多樣性的影響力。此一研究方向其實相當微妙,稍後再說。

紅色草莓箭毒蛙。圖/取自 本研究新聞稿

在草莓箭毒蛙的案例中,我們站在男生的立場來想。選擇哪種外貌的女生當求偶對象,受到小時候照顧的媽媽的影響,假如配備族群中少見的顏色,被同樣顏色女生接受的機率較大,顯然是個優勢。也同樣重要的另一個面向是,倘若男生自己的顏色是多數,被同儕攻擊的機率也大,比較不利。

有利與避免危害,兩個方向綜合起來,族群內的非主流少數派顯然比較有利。論文用數學模型支持上述推論:光靠著性銘印,就足以維持草莓箭毒蛙族群內顏色的多樣性。

修但幾勒,請容我出言反駁

我沒有理解錯誤的話,論文的主張是:既然同一個物種中可以維持不同的顏色特徵,而不同顏色又會導致下一代不同的求偶偏好,那麼長久下去,同一物種中不同外貌的個體,之間就有機會累積差異,最終形成不再情慾交流的兩個不同物種。但真能如此嗎?

我個人的觀點是,假如草莓箭毒蛙的異性求偶銘印,以及同性攻擊銘印,真的是維持族群內顏色多樣性的關鍵因素,無疑是值得重視的重要發現。但是想證實光靠兩種銘印,就足以搭建新物種誕生的舞台,又試圖連結到新物種的誕生,中間還缺很大的一步。

這個推論的一大問題在於「連鎖(linkage)」。

演化理論預測,生殖隔離之所以產生,是由於求偶選擇的差異,導致不同性偏好的個體之間的遺傳交流減少,繼而累積遺傳上的差異程度;而影響求偶偏好的遺傳因子或基因,會和影響特徵的基因(這兒草莓箭毒蛙的狀況是顏色)連鎖在一起,難以被重組(recombination)打破。

一旦影響求偶與特徵的基因產生遺傳連鎖,具備某種性擇傾向的個體,也會同時攜帶某一群特徵的基因,和另一種性擇傾向,又攜帶另一群特徵相關基因的個體,減少交流機率。

這麼說好像有點太抽象了,來舉個簡單的例子。假設有一種生物,參與求偶偏好的基因有 A、B、C,影響外貌的基因有紅、藍、綠;當求偶與外貌無關時,一位個體分配到 ABC 與紅藍綠的機率是一樣的,比方說 A藍、C紅、C綠、B紅出現的機率將會一樣。

然而,若是具備 A 基因的個體偏好紅基因的特徵,B 基因偏好藍、C 基因偏好綠,那麼一位個體擁有 A 或 B 或 C 基因,就會影響它與紅、藍、綠基因配對的機率;A紅、B藍、C綠出現的機率,將大於 A藍、C紅等其他組合。長久下來,此一物種就有機會形成 3 種遺傳上差異明顯的族群。

讓我們回到銘印:銘印並非由遺傳決定,而是後天的生活經驗影響所致。根據草莓箭毒蛙的實驗結果推論,影響顏色的基因,應該無法與影響求偶或攻擊的基因連鎖在一起;在上頭的舉例中,就是紅藍綠並沒有對應的 ABC。

若是如此,連鎖該如何形成?連鎖不成,遺傳差異又該如何累積?

草莓箭毒蛙。圖/取自 Nature 評論

值得玩味,論文和期刊同一期的評論中,都有觸及連鎖這位魔王(連鎖和重組是一體兩面),但是都沒有真正面對問題。(我懷疑,缺乏真正遺傳連鎖的狀況下,銘印導致的分裂效果能維持多久?)

如果多樣性這麼容易維持,為什麼現實世界如此單調?

此一研究另一項問題,在於與現實對照的違和感。由論文推導的模型得到的結果是,族群內的少數派比多數派更有優勢,所以多樣性能夠維持。

然而,如今草莓箭毒蛙大部分的族群中都只有一種顏色,超過一種顏色的其實是少數,族群內多樣性在理論上有優勢,現實中卻不常見?

藍色草莓箭毒蛙。圖/取自 本研究新聞稿

目前對於草莓箭毒蛙各地族群的遺傳史,還有影響顏色的遺傳因素,都所知極為有限,因此不可能真正回答上述問題。不過一個有希望的解釋方向是,在冰河時期結束後,各地箭毒蛙被分割成分散多處的小族群,大部分都只有單一顏色,又因為被分隔各地,缺乏再度接觸的機會,所以沒有機會上演論文的公式計畫通。

然而,即使每一個單一顏色的草莓箭毒蛙族群,歷史上都沒有機會互相見面,這套論點要用來解釋冰河時期結束以前的狀態,也很有疑問。

這套公式告訴我們,一個只有單一顏色的族群中,假如出現另一種顏色的少數個體,它們的少數性將帶來很不錯的優勢,幾代以後就會使得此一原本單調的族群,發展為超過一種顏色共存的狀態。

在冰河時期,交流相對容易的時候,不同顏色的草莓箭毒蛙來往沒有地理障礙,假如顏色多樣性很容易維持,應該各地的族群都不只一個顏色;這樣一來,冰河時期結束後的各地族群內,都該是多種顏色共存才合理,那麼如今大部分族群內都只有一個顏色,是哪個階段出了問題?

太多目前無法回答的疑問了。江湖傳言:要下非凡的結論,需要非凡的證據。在我看來,這篇論文提出的論點非凡,證據卻不太夠力。

批評這篇論文一些論點之餘,也希望讓各位讀者了解,此一研究選擇挑戰的題材非常令人欽佩(巴拿馬野生的箭毒蛙耶!!!),發現也相當有意思。至少草莓箭毒蛙的求偶與攻擊行為,比起先天遺傳,更加受到後天銘印影響的結果相當可靠。

至於在此一基礎上,能有什麼意義與後續發展,除了研究團隊本身以外,也很值得對演化有興趣的人們思考。

延伸閱讀

參考文獻

  1. Yang, Y., Servedio, M. R., & Richards-Zawacki, C. L. (2019). Imprinting sets the stage for speciation. Nature, 574(7776), 99-102. ISO 690
  2. Leapfrog to speciation boosted by mother’s influence
  3. Imprinting on mothers may drive new species formation in poison dart frogs

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寒波_96
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