網站更新隱私權聲明
本網站使用 cookie 及其他相關技術分析以確保使用者獲得最佳體驗,通過我們的網站,您確認並同意本網站的隱私權政策更新,了解最新隱私權政策

0

1
0

文字

分享

0
1
0

整個世界都是我的裝備庫!來看看地表最強的水熊秘訣

曾 文宣
・2015/12/02 ・3425字 ・閱讀時間約 7 分鐘 ・SR值 539 ・八年級
121
來自緩步動物門的水熊為我們示範用小腳腳划水
平時的水熊(上)和脫水後、裝死狀態的水熊(下)如屎一般呢XD Eye Of Science/Science Photo Library

水熊(water bear)這種緩步動物是個超級可愛的小東西,八隻腳短短地這樣晃呀晃,肥肥短短、充滿皺褶的身軀更惹人憐愛。真的好可惜,牠們只有 0.5mm 左右的體型,不然拿起來抱一定很療癒XD

最酷的是,科學家發現牠們是目前發現到「地表最強」的生命。當遇上比較艱困的環境時,水熊會降低代謝率幾近零,把全身的水分排出,形成一個乾燥、假死的狀態(稱作 tun)。這樣的狀態下,牠們可以完全不吃也不喝,可以待在低溫從近絕對零度(零下272度)到151度的高溫,可以待在壓力無比大的深海裡頭,可以待在殺死其他動物的過量輻射下,泡在有毒的化學溶液裡也好端端的假死著!!牠們甚至可以在外太空真空的狀態下,產下活蛋。我聽過一個說法是,牠們可以在假死的狀態下,存活超過120年!總之,「地表最強」生命的形容絕對不是口說無憑。牠們只有一個弱點,沒有多好的物理防禦 XD(也就是說你可以一指捏死牠~

融可愛和不可摧為一身,來自北卡羅萊納大學的研究員定序其中一種水熊的全基因組後,終於找到牠們的過人之處,研究成果刊登在五天前的《美國科學院院刊》上!作者們起初定序 Hypsibius dujardini 這種水熊的基因組時,感到無比挫折。因為他們收到的序列結果顯示,有高達17.5%的基因不是水熊的,這裡頭有很大一部分是細菌的基因。這對每個操作過分生實驗的人來說,首要念頭就是「X!樣本被汙染了QAQ」,不小心噴進去的口水啦、空氣中的微塵呀等等。經過研究團隊再三確認後,的確,這些水熊的基因組就是有這些「拍咪呀」。(不過關於這部分,來自愛丁堡的團隊可是很有意見!請見文末的後記~)

Water Bear (Tardigrades)
在討抱抱耶>< Photo from Science Picture Co. / Corbis

一種生物的基因裡頭鑲嵌著其他有的沒的生物的基因,這種事在細菌裡頭非常常見。相對於親本到子代以「垂直式」的方法遺傳基因,由不同種生物之間交雜出的基因庫,我們稱之「水平基因轉移(horizontal gene transfer, HGT)」。簡單來說,某個玩家走著走著,看到地板有個不錯的裝備,他不僅只把此裝備撿起來使用,他還把裡頭的合裝的步驟、簽頂裝的密碼直接內嵌到玩家角色中,從此一勞永逸。在多細胞動物中,我們比較少觀察到類似水平基因轉移的現象,就算是共生的動物中,也只停留在你儂我儂(不同物種住在一起,或是A住在B體內),不會更進一步發展成你融於我、我融於你的階段(得到不同物種的基因)。但近年來,不少有趣的例子被揭露了!

還記得底下這傢伙嗎?這個狠角色是綠葉海蛞蝓(Elysia chlorotica),牠們不但以某種黃藻(Vaucheria litorea)為食,還將黃藻部分的葉綠體基因偷過來,很直白的就塞進牠自己的基因體裡頭,捱餓時就用這些偷來的葉綠體基因行光合作用囉。除了這個比較熟悉的例子外,文章裡頭有提到,某種蜱從細菌那偷來製造抗體的基因、有種蚜蟲從真菌那偷來產生顏色的基因、小繭蜂納進古老病毒的基因用來產生麻痺宿主毛蟲的毒素、桔粉介殼蟲起碼有五種不同細菌支系來的基因、咖啡果小蠹由細菌來的基因重創咖啡植株(請見延伸閱讀)。我們可愛的水熊也由相同的的方式,水平轉移了不少好東西。

10389027_642380139201984_1472635903567480715_n
緝拿葉綠體基因強盜!綠葉海蛞蝓坦承犯案。 Credits: Tumblr!

上面提到這些HGT的例子呀,轉移的基因都不多(≤1%)。在水熊被揭露以前,地表轉移最多的HGT大大是一種蛭形輪蟲(Adineta ricciae),2008年科學家發現牠們體內有8~9%的基因從外界得來。但很顯然,水熊的本領大幅超前兩倍之多,榮登HGT新一屆的榜首!作者們也發現,水熊的確會用外來的這些基因,做出具功能性的蛋白質,而且多數都和適應極端環境、抵禦逆境有關。所以讓牠們「不可摧」的祕密,就是來自這些水平轉移過來的高效能裝備,有細菌版(佔91.7%)、古細菌版(0.7%)、真菌版(4.1%)和植物版(3.1%)的各項技能。
新圖片

這時,想要挑戰HGT大賽的參賽者俯拾皆是。究竟水熊有甚麼得天獨厚的條件,可以偷來這麼多寶物呢?第一,牠們是自然界少數可以在完全脫水的狀態下繼續活著的動物,剛剛有提到的輪蟲也和水熊一樣有耐脫水的能力。第二,牠們在脫水假死的狀態後,能夠再吸飽水、恢復正常生理機能後重生。第三,牠們DNA修復的功能得要不錯,能夠把脫水時斷裂的DNA重新連接起來。看一下這張圖,在完全脫水的狀態下,雙股DNA會斷裂成小段小段的。待至細胞重新充填水分時,此時細胞膜會在短時間內出現相當多的孔隙,那些外源的細胞或基因片段就會流進來。最後,DNA的修復機制要把斷裂的DNA重新連起來時,手邊的材料就多了很多額外的組件,於是就完美鑲嵌上去啦!

最後,有一點蠻有趣的小翻案。過去不少人認為HGT的出現和演化,能夠為那些無性生殖、缺乏減數分裂的生物提高遺傳多樣性。因此不管在細菌、輪蟲這類無性生殖的生物上,都有驚人的HGT現象。而作者這邊使用的此種水熊,雖然都是孤雌生殖出來的雌性個體,但已有不少研究指出此種(和此屬)是有雄性個體的。因此,過人的HGT現象可能普遍出現在能夠「耐脫水」的動物上,而不是缺乏有性生殖的動物。聽起來蠻合理的,畢竟總要如上段描述的吸水過程才能把東西通通撿回家呀。

讓我們再次為有「最可愛的八腳動物」、「最難被消滅(先別管物理方法惹)的生命」、「最厲害的水平基因轉移者」三冠王之稱的水熊強烈喝采吧!

 

  • Ps. (i) 斯圖加特大學的Ralph Schill指出,此篇研究的 H. dujardini 不是最耐脫水的水熊物種。讓我們來期待更無敵的水熊有多少HGT吧!
  • Ps. (ii) 泛節肢動物類群(Panarthropods)包含了緩步動物門(Tardigrada,就是水熊囉)、真節肢動物門(Euarthropoda)和有爪動物門(Onychophora),過去由於共同祖先的葉足類化石缺乏與現存類群相似的構造,這三個類群之間的親緣關係其實難有定論。近年來的研究漸漸支持緩步動物門和真節肢動物門之間是姐妹群的親緣關係。

 

後記(2015/12/09新增):

然而,科研界對於新發現可是非常嚴謹的!上上周這篇由來自英國愛丁堡大學的研究團隊也定序出相同物種(還同一個物種供應商)的水熊基因組。稍微回顧一下,本文介紹的結論是,在整個水熊近 2億7000萬 個鹼基對裡頭,有3萬8000多個基因,其中高達6600個基因是來自其他生物的(就差不多是1/6左右)。

但新的這篇愛丁堡團隊的研究經過定序後,整個基因組卻只有 1億3500萬個鹼基對(對應到不同動物的細胞大小,這個數字相對符合預期),約有2萬個基因。其他只有500個基因是外源性的。而真正可能透過水平基因轉移來的大概只有38個。重要的是,這樣的數字就在動物界裡頭沒多特別了XDD

愛丁堡的團隊認為北卡團隊的基因組裡頭有多達30%的資訊都是受汙染的基因,可能在水熊的消化道裡頭或是表皮上,不是真正轉進去水熊基因組的其他細菌~

這是愛丁堡團隊的研究文獻,底下有北卡團隊的留言。雙方沒有太多唇槍舌戰,更多是虛心探討研究的問題並接受兩方的建議,感覺這樣討論科學的形式,非常有價值呀!

本文同樣刊載於作者臉書社團 【Ecology & Evolution translated 「生態演化」中文分享版

文獻連結:

  • Boothby et al. (2015) Evidence for extensive horizontal gene transfer from the draft genome of a tardigrade. PNAS. published online early edition.

延伸閱讀:

文章難易度
曾 文宣
22 篇文章 ・ 12 位粉絲
我是甩啊!畢業於臺灣師範大學生科系生態演化組|寫稿、審稿、審書被編輯們追殺是日常,經常到各學校或有關單位演講,寒暑假會客串帶小朋友到博物館學暴龍吼叫。癡迷鱷魚,守備領域從恐龍到哺乳動物,從陰莖到動物視覺,因此貴為「視覺系男孩」、或被稱呼「老二大大」。


0

6
0

文字

分享

0
6
0

推理系動畫毒殺利器!——認識致命的「河魨毒」

Evelyn 食品技師_96
・2022/01/21 ・3364字 ・閱讀時間約 7 分鐘
  • 文/Evelyn 食品技師

早在兩千年前《山海經》就提到肺魚(河魨)[註 1]會毒死人;明代的《本草綱目》亦記載:「河魨有大毒,味雖珍美,食之殺人」,可知早在古代,大家就發現河魨肉的美味之處,也知道他擁有「劇毒」,甚至連動畫《名偵探柯南》都曾上演用河魨毒殺人的案件呢!(動畫第 226 ~ 227 集:戰鬥遊戲的陷阱)

河魨是媲美和牛的夢幻料理,為了一嚐美味連命都不要了!

在日本,河魨被視為珍饈佳餚,尤其河魨生魚片富含膠原蛋白、脂肪含量低、味道清爽鮮甜,口感爽脆帶勁,其美味足以媲美日本和牛,被認為是一生必吃一次的夢幻料理。

許多饕客無法抗拒河魨的美味,為了能嚐上那一口極品,即使冒著生命危險也在所不惜。史上因河魨送命的最知名案例,莫過於 1975 年日本國寶級歌舞伎演員八代目坂東三津五郎,在料亭師傅推薦下,吃了四份河魨肝(據說是河魨最美味的部位)後中毒身亡,成為食魨死士。

根據日本厚生勞動省統計,在 1959 年前,日本每年因河魨毒中毒死亡的人數超過 100 人,直至 1982 年後,中毒死亡人數才降至每年 10 人以下。主要是因日本政府推行「河魨料理廚師執照」,通過筆試與術科考取執照,才可以合法烹調河魨,使河魨毒中毒死亡率大幅降低。 

星斑叉鼻魨 Arothron stellatus(Bloch and Schneider)。圖/參考資料 1

相較之下,臺灣雖然沒有如此盛行吃河魨,但每年仍發生不少因誤食河魨而中毒的案例。筆者根據衛生福利部的歷年食品中毒資料統計,從民國 81 年至 109 年河魨毒中毒案件計有 33 案,患者總人數為 139 人,死亡總人數為 11 人,死亡率高達 7.9%。

民國 81 年至 109 年河魨毒中毒統計資料。資料來源/衛生福利部

分析主要原因是漁品產銷人員及社會大眾辨識河魨能力不足,為此,民國 101 年衛生福利部食品藥物管理署出版「臺灣常見有毒河豚(魨)圖鑑手冊」,整理臺灣常見之有毒河魨(參考資料 1),提供漁品產銷人員及社會大眾參閱,故民國 101 年後的中毒案件及人數確實有顯著下降。

河魨毒素究竟有多強?和「麻痺性貝毒」非常接近!

1909 年,日本科學家首次從河魨卵巢中分離出毒素,命名為河魨毒素(tetrodotoxin; TTX)。1964 年後,日本科學家們確定 TTX 化學結構。TTX 分子式為 C11H17O8N3,分子量為 319 Da,為河魨毒中毒性最強的主要化合物,擁有許多結構類似物(structural analog)[註 2],分子量與毒性強弱依結構型態而有所不同。 

河魨毒素(tetrodotoxin; TTX)分子結構及其結構類似物。圖 / 參考資料 5

其中以 TTX 毒性最強,小鼠口服之半數致死劑量 LD50 是 334 μg/kg [註 3],跟麻痺性貝毒的毒性十分接近(蛤蚌毒素 LD50 為 263 μg/kg)[註 4]。且不論是化學特性、中毒機制、毒性或治療方式,皆與麻痺性貝毒非常相似。

當 TTX 進入人體內組織後,會阻塞神經末梢細胞上的鈉離子通道,使鈉離子無法進入神經細胞,膜電位無法去極化 (depolarization),動作電位無法產生,使神經元失去傳導功能,進而造成中樞神經、知覺神經及運動神經麻痺。尤其當毒素量高時,迷走神經、血管運動中樞至橫膈膜皆麻痺,最後蔓延至呼吸神經麻痺而死。

TTX 潛伏期一般在 3 小時內(通常在 10 至 45 分鐘),潛伏期長短亦受進食毒素量影響。目前河魨毒中毒並無特殊之藥物可以使用,主要治療乃是支持性療法為主。如未產生呼吸衰竭,應不會造成死亡。但若患者已產生明顯之肌肉無力現象,則應隨時準備放置氣管插管,並以人工呼吸器幫助呼吸。亦可給予經稀釋的活性碳及輕瀉劑,以加速毒素排出。

而《名偵探柯南》動畫中,更是直接將河魨毒刺入人體動脈中,作用的速度和反應會比食用更快、更強烈。筆者估計死者應該當場暴斃,連症狀都來不及發生……也順便稱讚一下,那集茱蒂老師講解 TTX 的毒性資訊真的正確無誤喔!

這位是茱蒂老師(怕你忘記是誰)。圖/IMDb

河魨毒原來是細菌產生的!河魨怎麼不會被自己毒死?

河魨毒最早是發現於河魨因而得名,後來也被發現存在於其他脊椎生物中,包括蠑螈、蝦虎魚、箭毒蛙等;無脊椎動物包括海螺及章魚等。後來在河魨、有毒蟹類以及紅藻 Jania sp. 中篩檢出海洋菌株 Shewanella algaAlteromonas tetraodonis,並發現該細菌具有產生河魨毒的能力。

海洋菌株 Shewanella alga。圖/參考資料 5

後續有愈來愈多研究證實,河魨毒主要來源應是具產河魨毒能力之細菌,經由寄生或共生的方式,存在於生物體(如藻類、魚、蝦、蟹或貝等)中,河魨再透過食物鏈累積在其體內,而非河魨自己產生。河魨甚至還會刻意選擇具有河魨毒之生產能力的生物為食物,使毒素累積在體內,以肝臟、卵巢累積最多,腸道、皮膚次之,為一種特殊的防禦機制。

此外,河魨的肌肉中,因含有河魨毒結合蛋白(TTX-binding protein),可包覆河魨毒,參與河魨毒的運輸,使河魨對毒素耐受性高,才不會被自己毒死。

  • 延伸閱讀:盤點海洋中的「毒系寶可夢」!河豚、貝類有毒不是 they 的錯 ft. 食品技師 Evelyn【科科聊聊 EP71】

這批有夠純!河魨毒除了可以止痛,還可以被海豚拿去「吸」?

想不到的是,身為天然劇毒的河魨毒對生物可不全然只有害,有研究指出河魨毒由於具有抑制神經傳導的作用,可能有機會應用於醫療用途呢!

動物實驗的結果顯示,微量的河魨毒可作為局部麻醉劑,合併其他麻醉藥物一起使用,可有效延長局部麻醉時間;作為止痛劑使用,也能有效減輕受傷所造成的發炎反應、肌肉疼痛及神經性疼痛,且無其他副作用,比起嗎啡(morphine)更溫和。

當然,以上河魨毒的醫療應用,於人體實驗還需要進一步的研究。

另外英國《BBC》的自然紀錄片《荒野間諜》(Spy in the Wild)在南非拍攝到罕見的「海豚吸毒」景像。海豚們紛紛把河魨當成玩具亂丟亂甩,把河魨咬在口中「吸毒」,陷入恍惚的興奮狀態,並做出各種ㄎ一ㄤ到不行的行為,最後玩膩了才把河豚放走,是不是有夠像小屁孩呢!

海豚吸河魨毒影片截圖。圖/參考資料 7

不要拚死吃河魨!注意應避免食用來路不明的水產品

最後還是要呼籲,只要避免食用河魨或來路不明的水產品,即可有效避免河魨毒中毒。如果真的需要滿足口腹之慾而「拚死吃河魨」的話,建議先確認是否屬無毒魚種,並有效去除其內臟組織及皮膚。

若不幸食用河魨而中毒時,應先催吐使胃內容物排出,並儘速就醫,以免因中毒嚴重,造成呼吸衰竭而死亡。 

註解

  1. 河魨,常作河豚,古名肺魚。
  2. 「河魨毒」為 TTX 及其所有結構類似物的總稱;「河魨毒素」為 TTX;結構類似物(structural analog),是指一系列的化合物在主結構上大致相同,但部分結構會有一個或多個原子、官能基或子結構的不同,造成他們之間的化學特性可能不一樣,故河魨毒一系列類似物的毒性大小不會完全相同。
  3. 半數致死劑量(lethal dosage 50%; LD50),指在動物實驗中,使實驗動物產生百分之五十比例之死亡所需要化學物質之劑量。
  4. 麻痺性貝毒(paralytic shellfish poison)為一系列毒素總稱,其中毒性最強烈的毒素為蛤蚌毒素(saxitoxin)。

參考資料

Evelyn 食品技師_96
141 篇文章 ・ 21 位粉絲
國立大學食品科學研究所畢業,現為一名食品技師兼食品研發專員,對食品科學充滿熱忱。有鑒於近年發生許多食安風暴,大眾對於食品安全的關注越來越高,網路上卻充斥著不實資訊或謠言。希望能貢獻微薄之力寫些文章,讓更多人有機會認識食品科學的正確資訊!想獲得更多食品營養資訊可追蹤作者的粉絲專頁 https://www.facebook.com/profile.php?id=100066016756421