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2015年諾貝爾化學獎-DNA的修補機制

諾貝爾化學獎譯文_96
・2015/10/08 ・5669字 ・閱讀時間約 11 分鐘 ・SR值 558 ・八年級

2015年諾貝爾獎簡介

蔡蘊明譯

於2015年十月八日(歡迎轉載,但請引述本網址)http://www.ch.ntu.edu.tw/nobel/2015.html
本文譯自諾貝爾化學獎委員會公佈給大眾的新聞稿,原文可自以下官方網站取得:
http://www.nobelprize.org/nobel_prizes/chemistry/laureates/2015/popular.html
若有興趣閱讀進階的資料,請由下列網址取得:
http://www.nobelprize.org/nobel_prizes/chemistry/laureates/2015/advanced.html

*特別感謝現於美國德州農工大學攻讀博士的曹一允(我2008年的專題生)熱血相挺,幫我將圖片中文化兼校稿,正在國外進行人工DNA合成研究的一允宣稱今年的化學獎令他百感交集;另外感謝現於本系李弘文教授實驗室,攻讀碩士學位的林宇軒幫我校稿;還要感謝蔡明軒幫忙將此文放上台大化學系的網頁。附帶一提的是台大化學系的李弘文教授告訴我,莫瑞克在2013年來過台灣,並訪問過台大化學系;桑賈爾則在2012和2014年兩度來台,並造訪過台大化學系。林宇軒也告訴我:他們倆位來化學系的時候,和他們一起討論實驗的經驗真的很特別,提供許多深刻的見解和建議,會有醍醐灌頂、豁然開朗的感覺。幸哉!宇軒。

DNA修補 – 為生命提供化學的穩定

從一個細胞到另外一個,從一個世代到另外一個,控制人類形體的基因資訊在我們的體內流傳了千百年,它不斷地受到來自於環境的攻擊,但讓人驚訝的仍能保持完整。Tomas Lindahl (林達爾)、Paul Modrich (莫瑞克)、與Aziz Sancar (桑賈爾) 獲得了2015年的諾貝爾化學獎,這是因為他們繪製並解釋了細胞如何修補它的DNA而保護了基因的訊息。

你到底是誰的依據,是在精子裡的23條染色體與卵子裡的23條染色體結合時所建立的,它們合起來形成了你體內最原始版本的基因體,亦即你的基因物質。所有需要用來創造你的基因資訊都存在於那個結合,如果有人將那些DNA的分子從這第一個細胞中抽出,並將它們排列起來,將會有兩公尺之長。

2015 nobel prize chem, PanSci

當受精卵接著分裂時,那些DNA的分子會被複製,所得到的子細胞也會得到一組完整的染色體,接著細胞再度分裂;二變四,四變八。在一個星期之後你擁有了128個細胞,每一個都擁有自己的一套基因物質,你的基因總長開始接近300公尺了。

現在 – 在許多許多億的細胞分裂之後 – 你的DNA可以一路伸展到太陽再繞回來,總共250圈,雖然你的基因物質被複製了那麼多次,那最近一次的拷貝仍然與原來在受精卵中製造出的原始版本幾乎完全相同,這就是生命分子所展示的偉大之處,因為從化學的角度來看,那應該是不可能的。所有的化學程序都很容易產生隨機的錯誤,此外,你的DNA每天都受到具有破壞性的輻射線以及高反應性分子的攻擊。事實上你早在發育成胚胎之前,就應該變成一堆混亂的化學體了。

你的DNA受到一群蛋白質的監控

年復一年,我們的DNA仍令人驚訝的保持完整,那歸功於一組分子修補機制的執行者:一群監控基因的蛋白質,它們持續的校對基因體並修補任何出現的損壞。2015年的諾貝爾化學桂冠頒給了Tomas Lindahl (林達爾)、Paul Modrich (莫瑞克)、與Aziz Sancar (桑賈爾),因為他們在分子的層次弄清了這些基礎的過程,並對一些遺傳性疾病在分子層次的成因,以及癌症的發展和老化背後的機制提供了重要的知識。

林達爾莫瑞克、與桑賈爾分別的描繪了幾種與人類相關的DNA修補程序,這個故事始於出生於與諾貝爾相同國家的林達爾

 生命存在 – 因此DNA一定是可以修補的

“DNA到底真的有多穩定?”林達爾在1960年代的末期開始思考這個問題,在當時,化學的社群相信DNA的分子 – 所有生命的基石 – 是非常耐操的,根本不用擔心它們會發生甚麼事。演化的確需要突變,但是在每一個世代只會發生非常有限的次數,如果基因的訊息會很不穩定,將不會有任何多細胞生物體的存在。當他在美國普林斯頓大學進行博士後研究時,林達爾是在研究RNA分子,那是一個DNA的表親,但工作並沒有進行得很順利。在他的實驗中,需要將RNA加熱,但這總是導致該分子的快速分解。雖然當時已知RNA是比DNA更為敏感的,但是如果RNA受熱時會如此迅速的毀壞,那麼DNA真的會一輩子都很穩定嗎?這個問題開始駐留在他的心中。

在開始尋找這個問題的答案之前數年,他已經回到瑞典斯德哥爾摩的卡羅琳學院(Karolinska Institute),一些簡單的實驗證實他的懷疑是正確的:DNA會進行一個緩慢但可觀察到的衰變,林達爾估計每天會有上千個具潛在毀滅性的損傷出現於基因體中,這個頻率明顯的無法與人類在地球上存在的事實相存。他的結論是,一定存在著一個分子體系負責修補所有的DNA缺陷,基於這個想法,林達爾打開了進入一扇嶄新研究領域的大門。

特殊的酵素移除DNA的損傷

細菌的DNA與人類的DNA相仿,也是由許多核苷酸和腺嘌呤(A)、鳥嘌呤(G)、胞嘧啶(C)、與胸腺嘧碇(T)等鹼基組成,林達爾開始利用細菌的DNA來尋找修復用的酵素。一個DNA在化學上的弱點是胞嘧啶(C)很容易脫去一個胺基,這就導致基因訊息的改變。在DNA雙股螺旋中,胞嘧啶(C)永遠是與鳥嘌呤(G)配對的,但是當胺基不見時,受破壞而剩下的部分傾向於和腺嘌呤配對,因此如果讓這個缺陷存在,突變將會在下一次DNA複製時發生,林達爾體認到細胞一定會有對此問題的保護機制,進而能找到一個細菌的酵素,它能從DNA上移除受損的胞嘧啶所剩下的那部分。在1974年,他將研究的結果發表了。

林達爾將鹼基切除式修復的謎底拼湊出來

這是35年成功研究的開始,林達爾發現並檢驗了許多在細胞工具盒中的DNA修復蛋白質。在1980年代的開始,一段感情將他帶到了英國,在那裏他接受了倫敦皇家癌症研究基金會的一個位置,而在1986年他成為新成立的克萊霍爾(Clare Hall)實驗室的主任,該實驗室後來因為其科學上的創造力而成名。一點一滴的,林達爾將「鹼基切除式修復」如何運作的分子圖像慢慢的拼湊了出來,在此步驟中一些類似他在1974年發現的一組酵素,稱為醣苷酶(glycosylases)者,是DNA修復過程中第一步的執行者。鹼基切除式修復也會發生在人體中,在1996年,林達爾成功的在體外重現了人體中修復的程序。

2015 nobel prize chem, PanSci

林達爾而言,決定性因素就是體認到即便是當其分子坐落於受到細胞保護的環境中,DNA仍不可避免的會進行改變。不過DNA會受到環境中如紫外線照射等的攻擊而受傷是早就知道的事,而大部分的細胞,修補紫外線造成的破壞所用的「核苷酸切除式修復」機制,則是由出生於土耳其薩武爾(Savur),但是在美國工作的桑賈爾所釐清的。

寧願靠生物化學生活而不做醫生

桑賈爾還在伊斯坦堡修習醫學學位時,開始被生命分子的魅力所吸引,在畢業之後他在土耳其鄉下行醫,並工作了數年,但是在1973年,他決定開始研究生物化學,有個現象特別地激發了他的興趣:當細菌暴露於致死劑量的紫外線後,如果接著將它們用可見波段的藍光照射,會突然的復原。桑賈爾對這個幾近於奇蹟的效應非常的好奇;在化學上,那是如何運作的?

一位美國科學家Claud Rupert (路伯特)研究過這個現象,因此桑賈爾加入了路伯特位於美國達拉斯,德州大學的實驗室。在1976年,運用當時仍然生澀的分子生物工具,桑賈爾成功的選殖(cloning)了修補被紫外線破壞的DNA所用的「光分解酵素」(photolyase)之基因,這份工作成為他的博士論文,但是這份研究並未給人深刻的印象;他申請了三份博士後研究的工作,但都被打了回票,因此對於光分解酵素的研究必須放回架上。為了繼續研究DNA修補,桑賈爾在耶魯大學藥學院找到了一個實驗室技術員的工作,那是一個在該領域中持領先地位的研究機構,在這裡開始了最終導致他獲得諾貝爾化學獎的工作。

桑賈爾 – 研究細胞如何修補紫外線造成的破壞

當時已經清楚的知道細菌具有兩套系統來修補紫外線的破壞:除了倚賴光線的光分解酵素,另一個在暗室中運作的系統也被發現。桑賈爾在耶魯大學的新工作同仁們自1960年代中期就開始研究這個暗室的系統,用了三個對紫外線敏感的細菌菌株,它們攜帶三種不同的基因突變:uvrAuvrB,與uvrC

如同他先前對光分解酵素的研究,桑賈爾開始探究這個暗室系統的分子運作機構。在幾年之內他想辦法找到、分離、並鑑定了這些被uvrAuvrB,與uvrC所編碼的酵素。在一系列突破性的體外實驗中,他展示了這些酵素能找出一個被紫外線破壞的位置,然後在DNA股鏈上製造兩個切口,分別在受損位置的兩端,接著,一個包含受損位置的12-13個核苷酸片段被移除。

人類與細菌運用類似的紫外線損害修補機制

桑賈爾這種從這個修補過程的分子細節中取得知識的能力,改變了這整個研究領域。他於1983年發表了這些發現,這個成就讓他獲得位於教堂山(Chapel Hill),北卡羅萊納州立大學生物化學系的副教授之職。在那裏,以同樣的精準度,他繪製出核苷酸切除式修復的下一階段。與其他包括林達爾在內的研究工作者平行的,桑賈爾研究了人體中的核苷酸切除式修復。將人體DNA中受紫外線破壞的部份切除的分子運作機構,比相對的細菌更為複雜,但是從化學的角度來看,核苷酸切除式修復在所有生物中的運作都很相似。

那麼,桑賈爾最初有興趣的光分解酵素又如何了呢?是的,他終究回到了這個酵素,揭開了讓細菌起死回生背後的機制。此外,他幫忙證實了有一個人體中對等於光分解酵素的化合物,幫助我們設定晝夜節律。

該是讓我們來看看莫瑞克的工作的時候了,他也是從一個與修補機制有關的模糊想法開始的,從而以精采的分子細節雕繪出其輪廓。

學習〝DNA這個東西〞得到回報

莫瑞克成長於美國新墨西哥州北部的一個小鎮,那裏廣闊的景觀觸動了他對大自然的興趣。但是有一天,他的父親,一位生物老師,對他說“你應該學習這個叫做DNA的東西”。那是在1963年,正是華特生克里克因為發現DNA的結構而得到諾貝爾獎之後的那一年。

幾年之後,那個“DNA的東西”真的成為莫瑞克生活中的核心。他早期的研究生涯,包括史丹福大學的博士生,哈佛大學的博士後研究員,以及擔任杜克大學(Duke University)的助理教授,研究了一系列會影響DNA的酵素:DNA連接酶(ligase)DNA聚合酶(polymerase),以及Eco RI這個限制酶(restriction enzyme)。接著在接近1970年代末期,當他轉移注意力到Dam methylase (甲基化酶)這個酵素時,偶然發現了另一塊“DNA的東西”,那最後佔據了他科學生涯的一大部分。

兩股研究的交織

Dam甲基化酶會將甲基偶合到DNA上,莫瑞克展示了這些甲基可以作為信號站,幫助一個特定的限制酶在正確的位置切割DNA的股鏈。不過在幾年之前,在哈佛大學的一位分子生物學家,Matthew Meselson(麥瑟森),提出了DNA上甲基的另一種訊息功能。

運用一些近乎藝術的分子生物技巧,麥瑟森建立了一個噬菌體(bacterial virus),具有DNA上的數個誤配的鹼基對,例如,A可能對到C而不是T。當他讓這些噬菌體感染細菌時,細菌修正了那些誤配。沒人知道為何此細菌會發展出這個功能,但是在1976年,麥瑟森做了一些推測,其中之一是它可能為一種修補機制,更正了那些在DNA複製時偶而發生的誤配。如果這是正確的,麥瑟森繼續的推測,或許這些DNA上的甲基能幫助這個細菌辨識哪一股是在修正時被用來作為模板的。此時新的那股DNA,亦即錯誤的複製品,尚未被甲基化,或許這是為何它能被辨識而修正。

此處 – 有關DNA的甲基化 – 莫瑞克麥瑟森的研究路徑交會了。一同合作,他們創造了一個DNA上具有數個誤配的噬菌體,這一次,莫瑞克的Dam甲基化酶也用來在DNA其中的一股上加入一些甲基。當這些噬菌體感染了細菌後,這個細菌始終如一的只修正沒被甲基化的那股DNA。莫瑞克麥瑟森的結論是,DNA「誤配修補」是一個在DNA複製時,產生誤配的天然修補程序,由於瑕疵股仍在未被甲基化的狀態而被認出。

莫瑞克 – 闡明DNA誤配修補

莫瑞克而言,這個發現啟動了一個十年之久的系統性研究,對誤配修補程序中一個接著一個的的酵素進行選殖和基因定位。在1980年代的末期,他已經能在生物體外重現這個複雜的分子修補機制,並對之進行非常仔細的研究,這份工作於1989年發表。

莫瑞克正如林達爾桑賈爾一般,也研究了人類版本的系統。現今我們知道當人類基因體在複製時所產生的錯誤中,每千個只有一個沒被修正。不過,在人類的誤配修補中,我們仍然尚未確知原始的那一股是如何被認出的。與細菌相較,DNA的甲基化在我們的基因體中還具有其它的功能,因此一定還有其它的方式在管控哪一股會得到修正 – 到底是甚麼在控管仍待釐清。

修補系統的缺陷導致癌症

除了鹼基切除式修復,核苷酸切除式修復,以及誤配修補,還有好幾個其它的機制在維護我們的DNA。它們每天要修正上千次因為太陽、香菸的煙霧、或其它具基因毒性的物質對DNA造成的的損傷;它們持續的對抗自發性變異的DNA,而對每一次的細胞分裂,誤配修補修復數千個誤配。若無這些修補機制,我們的基因體將會瓦解。即使只有一個零件失靈,基因的資訊會迅速的改變而癌症的風險就會增高。核苷酸切除式修復的先天性損壞,會導致著色性乾皮病(xeroderma pigmentosum);得到這種疾病的人對紫外線的照射極度敏感,並會在暴露於陽光之後發生皮膚癌。DNA誤配修補的缺陷,會增加發生遺傳性大腸癌的風險。

實際上,在許多種癌中,一個或多個的這些修復系統是被完全或部份的關閉了,使得癌細胞的DNA不穩定,這是癌細胞為何經常突變而且對化療會產生抗藥性的一個原因。在同時,這些生病的細胞會更倚賴仍在運作的修復系統;沒有了這些系統,它們的DNA會變得過度損傷而細胞將會死亡。研究人員正企圖利用這個弱點來研發新的治癌藥物,抑制一個殘存的修復系統讓它們能減緩或完全停止癌的生長;一個抑制癌細胞修復系統的藥物的例子是olaparib (奥拉帕尼)。

總結,由2015年諾貝爾化學獎得主們進行的基礎研究,不僅僅加深了我們如何運作的知識,也能導致挽救生命的醫療發展。或者用莫瑞克的話語:“這是為何好奇心驅使的研究是如此的重要,你永遠不知道它將會走向何方…一點運氣也有些幫助”。

文章難易度
諾貝爾化學獎譯文_96
15 篇文章 ・ 20 位粉絲
「諾貝爾化學獎專題」系列文章,為臺大化學系名譽教授蔡蘊明等譯者,依諾貝爾化學獎委員會的新聞稿編譯而成。泛科學獲得蔡蘊明老師授權,將多年來的編譯文章收錄於此。 原文請參見:諾貝爾化學獎專題系列

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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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狗用來標記地盤,老鼠用來求偶,但人類很可能沒有?神奇的化學分子費洛蒙——《完美歐姆蛋的化學》
日出出版
・2023/01/01 ・1841字 ・閱讀時間約 3 分鐘

國民法官生存指南:用足夠的智識面對法庭裡的一切。

可以傳染的「興奮感」:費洛蒙

費洛蒙是一種非常大的分子,會從動物體內散發出來並影響其他動物身體的行為。

這種物質當初是在 1959 年由德國生物化學家阿道夫.布特南特(Adolf Butenandt)發現, 這位科學家在二十年前就因為首次合成出性激素而獲得諾貝爾化學獎,說他是化學界的搖滾巨星都還不足以形容他的貢獻。

阿道夫.布特南特首次合成出性激素。圖/wikipedia

他的研究發現,費洛蒙的功能和激素一樣,但是只對附近的相同物種個體有效。

舉例來說,如果動物 A 在動物 B 附近釋放出性費洛蒙,動物 B 的身體會吸收這些分子,整體行為也會受到影響。這其實代表動物 A 具有像丘比特的能力,只不過用的不是箭,而是分子。

基於以上的原因,費洛蒙有時會被稱為「環境激素」(eco-hormone),因為這類分子的運作方式就像是體外的激素。

和激素相同的是,費洛蒙有各式各樣的結構。有些分子非常小,有些則相當大,不過全都是揮發性分子,這表示分子在特定條件下會輕易蒸發。揮發性物種通常很好辨識,因為會帶有強烈的氣味(像是汽油或去光水)。

汽油帶有強烈的氣味。圖/pixabay

研究人員決定把這種分子命名為費洛蒙(pheromone),是因為字面上的意思是「轉移興奮感」,而這正是費洛蒙的功能。

動物間的費洛蒙功用

強大的費洛蒙分子可以傳送幾種不同主題的訊號給附近的同類,例如食物、安全狀況或者性。舉例來說,螞蟻會在巢穴和食物之間的路徑散發費洛蒙,來通知彼此食物來源在哪裡。

狗在散步時對消防栓撒尿是為了標示自己的領域,這時釋放的就是領域費洛蒙。就連雄鼠也會散發出性相關的費洛蒙來吸引雌鼠,同時也會導致附近的雄鼠變得更有攻擊性。

狗在散步時對消防栓撒尿是為了標示自己的領域,這時釋放的就是領域費洛蒙。圖/pixabay

那麼人類呢?

人也會散發出任何一種類型的性費洛蒙嗎?

出乎意料的,人類不會散發任何一種形式的性費洛蒙。不過我們自以為有費洛蒙的原因在這裡:1986年,溫尼弗雷德.卡特勒(Winnifred Cutler)發表的研究宣稱,她成功分離出第一種人類性費洛蒙。

在這項研究計畫中,她蒐集、冷凍並解凍來自幾位不同對象的性費洛蒙。一年之後,她將這些分子塗在許多女性受試者的上唇,接著便宣稱她觀察到和大自然的動物類似的結果。

事實上,卡特勒的研究完全是一派胡言。她根本沒有分離出人類性費洛蒙;而只是把奇怪的氣味塗在隨機受試對象的上唇,其中包括——請做好心理準備——腋下的汗水。

與其說是分離出純費洛蒙,不如說她蒐集的是人流汗時排出的電解質,而且還抹在別人的臉上。

與其說是分離出純費洛蒙,不如說她蒐集的是人流汗時排出的電解質,而且還抹在別人的臉上。圖/pixabay

直到今天,卡特勒的噁心科學研究還流傳在網路上的各個角落,這表示如果有人在 Google 上搜尋「人類性費洛蒙」,就會和得到一堆錯誤資訊。有些研究人員堅信我們總有一天會發現性費洛蒙,不過在這本書出版的當下,科學界尚未找到任何人類性費洛蒙。

一直以來有不少相關研究在執行和重複進行,也盡可能針對各種變數進行調整,而所有的研究團隊都得出相同的結論:二十一世紀的人類大概沒有性費洛蒙。

但人類有史以來就是這樣嗎?如果大多數的其他哺乳類都有性費洛蒙,包括兔子和山羊,為什麼我們沒有?

答案其實意外簡單:人類學會了溝通。

我們可以用語言(和蠟燭……還有性感內衣……)告訴伴侶我們有興趣滾床單,而雪貂則必須往理想交配對象的方向散發性分子。

——本文摘自《完美歐姆蛋的化學》,2022 年 12 月,日出出版出版,未經同意請勿轉載。

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催產素可以幫你神助攻嗎?化學分子幫助你們之間的感情更緊密——《完美歐姆蛋的化學》
日出出版
・2022/12/31 ・1888字 ・閱讀時間約 3 分鐘

國民法官生存指南:用足夠的智識面對法庭裡的一切。

催產素:讓你產生「愛」的感覺

2003 年,瑞典醫師克絲汀.烏納斯.莫柏格(Kerstin Uvnäs Moberg)出版了《催產素因子》(The Oxytocin Factor,暫譯),她在書中指出,催產素對人體的影響,正好和戰或逃(fight-or-flight)反應相反。

催產素不會讓我們感到厭倦和對陌生人警戒,而是會讓我們感到安全和信任。

莫柏格的理論是基於一些針對動物進行的研究,例如老鼠和田鼠(看起來很像可愛的倉鼠)。她發現如果在田鼠靠近目標配偶的時候對田鼠注射催產素,就可以操控田鼠選擇特定的配偶。

以人類來說,大多數的證據都可以佐證催產素會大幅影響人如何與彼此(甚至和動物)產生連結。例如,當我們撫摸狗的時候,科學家可以觀察到催產素濃度明顯上升,尤其是面對動物寶寶的時候,例如可愛的小狗爬到你腿上窩著。

當我們撫摸狗的時候,科學家可以觀察到催產素濃度明顯上升。圖/pexels

想當然,新手媽媽抱著寶寶時,也同樣會出現催產素濃度上升的現象。從化學的角度來看,媽媽的愛多到一湧而出,以致於她體內的催產素飄升到驚人的程度,愛情分子可不是浪得虛名。

有感情後,催產素濃度會快速上升

研究人員也注意到,當成人對彼此有感情,催產素濃度會快速上升。以女性來說,催產素分子濃度會在前戲的時候開始升高。

有證據顯示,通常如果性行為過程比較長,人會覺得與伴侶比較有連結,即使真正的交合還沒開始。從化學的角度看來,這是因為有更多催產素分子從人體內湧出。

當人對彼此有感覺時,催產素濃度會快速上升。圖/pexels

女性在高潮之後,會馬上迎來第二次的催產素高峰。從生理的角度分析,這是為了讓我們可以與伴侶形成穩固的連結,以應對懷孕的狀況。女性的身體是出於直覺而且無意識地有這樣的行為,目的是協助鞏固兩人之間的連結。

相對地,男性不會迎來第二次催產素高峰,而是在各式各樣的性興奮過程中,都會大致呈現催產素升高的狀態,最後在高潮過後回復穩定。

研究人員認為男性沒有第二次催產素高峰,是因為從生理的角度而言,男性沒有與伴侶形成穩固連結的理由,畢竟他們不會懷孕。

愛情激素實驗:催產素對人體的影響

我最喜歡的愛情激素實驗之一,是以一大群處於一對一關係中的異性戀男性為實驗對象。研究人員會用醫療鼻腔噴霧把催產素噴入這些男性的鼻子,然後再向他們介紹一位極有魅力的陌生女性。

研究人員會先請實驗中的男性等待幾分鐘,這是為了讓催產素可以確實與催產素受器形成鍵。(別忘了催產素是大型肽分子,所以需要一點時間才能抵達目標位置,並且與受器結合。)當研究人員確信鍵已經形成,就可以開始實驗了。

首先他們一次介紹一位男性給那位美麗的女性認識,接著觀察雙方所站的位置有多靠近。

在實驗中,研究員會觀察雙方所站的位置有多靠近。圖/pexels

針對這些處於一對一關係的男性蒐集資料之後,研究人員又找來一群單身男性。他們再次執行催產素鼻腔噴霧的實驗,然後——讓這些單身男子接受觀測。

和先前一樣,研究人員測量了男性和陌生美人之間的物理距離,想知道是否有辦法確認催產素分子對人體的影響。

研究人員發現整體而言,比起單身男性,非單身男性與美麗女性之間的距離至少多出了十到十五公分。當然,實驗難免會有離群值,不過這項研究(尤其)顯示出,男性體內的催產素會使得伴侶之間的連結明顯更穩固。

所以,下次你老公要去單身派對之前,記得往他鼻子噴一點催產素,再給他一個大大的吻,然後其他的就交給化學吧。

這項研究顯示出,男性體內的催產素會使得伴侶之間的連結明顯更穩固。圖/pexels

——本文摘自《完美歐姆蛋的化學》,2022 年 12 月,日出出版出版,未經同意請勿轉載。