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我有毒,不要吃我!

老狐狸
・2011/11/09 ・1207字 ・閱讀時間約 2 分鐘 ・SR值 508 ・六年級
(圖片引自原文)
(圖片引自原文)

在接近巴西邊境的熱帶雨林之中,是這種小型箭毒蛙多樣性頗高的地區之一。牠們擁有非常多樣的色彩跟斑紋,有的擁有金色的頭部以及白斑縱橫的身體;也有的身上滿佈著黑色底亮黃色的線條,就像是刺青一樣。這對掠食者傳達了一樣對牠們來說最糟的訊息:「我有毒,不要吃我!」但為何傳達訊息的圖樣並非演化成單一一種,而形成如此複雜的設計呢?

加拿大蒙特婁大學的演化生物學家Mathieu Chouteau深入進入雨林當中,去尋找問題的解答。他研究其中一種箭毒蛙的Ranitomeya imitator的演化歷程,這種箭毒蛙演化出了約10種不同模式的斑紋。「這麼多樣的斑紋對於掠食者來說應該是很容易混淆的」他說,「因為警戒色應該是要傳達單一的訊息,就常理來說,單一的模式對於掠食者來說是比較容易依循的方式!」

為了瞭解其中原由,Chouteau請她的女友協助製作了3600隻18mm長的青蛙模型。「至少全天工作一個月才完成」他說。他們利用黑色的軟黏土製作青蛙外型的素胚並各自彩繪成兩種模式的斑紋:黃色的直條紋;或是像長頸鹿一樣,綠色調的網紋。它們也製作了褐色的青蛙模型做為無毒蛙類的控制組。然後Chouteau將這些青蛙打包,並帶著它們飛到秘魯去。

這些模型代表兩種生活在不同地區的青蛙:一種生活在亞馬遜的低地;另一種是在海拔約500公尺的河谷。這兩個地區有很高的山脊隔離,每個樣區各花了整整一天的時間,將其中900隻「野放」到樹葉的表面。路徑是被當地人作為獵徑的一條狹長樣線。在接下來的三天,他會回到同一條樣線,看看軟黏土模型上是否有被鳥攻擊的痕跡。

鳥多半會避免攻擊長相與當地箭毒蛙類似的模型,但會攻擊與另一個地區的箭毒蛙類似的模型。Chouteau將其研究的成果發表在12月的《美國博物學家》(The American Naturalist)期刊上。在較高的河谷地,綠色網紋的箭毒蛙居住的地區中,與當地物種類似的模型僅有7.2%被鳥類攻擊,控制組被攻擊的機率有14.2%,黃色條紋的模型則有26.6%,在另一地區的調查也呈現類似的趨勢。

「這會有助於解釋雨林中箭毒蛙色彩及斑紋的多樣性」Chouteau說道,「在不同地區會其有主要的斑紋模式,而鳥類會持續性的移除那些與不同於多數個體的斑紋模式。」

「這項研究很成功的展示了,當箭毒蛙色彩的多樣性提高時,又被鳥類的捕食穩定下來。」英國劍橋大學的演化生物學者Chris Jiggins說道。「但是這樣的多樣性是如何產生的呢?這仍然是一個未解的問題。」這些箭毒蛙獨特的斑紋模式可能最適合牠們棲地的環境,他認為這些不同箭毒蛙之間的差異可能是由遺傳漂變造成的。這些逢機性的變化被穩定篩選下來,又持續的演化,造成蛙種之間的隔離。「最讓人驚訝的是鳥類真的會捕食這些蛙類,你可以想像這些蛙類是不好吃的,也不會想要靠近箭毒蛙。」Chris Jiggins說道 ,「也許雨林當中的生物真的是太多樣了,總是可以去嚐試吃一些新東西,儘管這些食物有著亮麗的色彩。」

全文引自:Science NOWWhy Are There So Many Colors of Poisonous Frogs?[4 November 2011]
相關研究發表於:The American Naturalist 

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老狐狸
7 篇文章 ・ 0 位粉絲
老是喜歡東找找西摸摸的路人 狐疑的踏入了一個很適合東翻西找的小路裡 狸貓的足跡都可以讓我駐足半天 是非對錯無關緊要 我只是想要好好的看看我住的世界


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揭開人體的基因密碼!——「基因定序」是實現精準醫療的關鍵工具

科技魅癮_96
・2021/11/16 ・1998字 ・閱讀時間約 4 分鐘

為什麼有些人吃不胖,有些人沒抽菸卻得肺癌,有些人只是吃個感冒藥就全身皮膚紅腫發癢?這一切都跟我們的基因有關!無論是想探究生命的起源、物種間的差異,乃至於罹患疾病、用藥的風險,都必須從了解基因密碼著手,而揭開基因密碼的關鍵工具就是「基因定序」技術。

揭開基因密碼的關鍵工具就是「基因定序」技術。圖/科技魅癮提供

基因定序對人類生命健康的意義

在歷史上,DNA 解碼從 1953 年的華生(James Watson)與克里克(Francis Crick)兩位科學家確立 DNA 的雙螺旋結構,闡述 DNA 是以 4 個鹼基(A、T、C、G)的配對方式來傳遞遺傳訊息,並逐步發展出許多新的研究工具;1990 年,美國政府推動人類基因體計畫,接著英國、日本、法國、德國、中國、印度等陸續加入,到了 2003 年,人體基因體密碼全數解碼完成,不僅是人類探索生命的重大里程碑,也成為推動醫學、生命科學領域大躍進的關鍵。原本這項計畫預計在 2005 年才能完成,卻因為基因定序技術的突飛猛進,使得科學家得以提前完成這項壯舉。

提到基因定序技術的發展,早期科學家只能測量 DNA 跟 RNA 的結構單位,但無法排序;直到 1977 年,科學家桑格(Frederick Sanger)發明了第一代的基因定序技術,以生物化學的方式,讓 DNA 形成不同長度的片段,以判讀測量物的基因序列,成為日後定序技術的基礎。為了因應更快速、資料量更大的基因定序需求,出現了次世代定序技術(NGS),將 DNA 打成碎片,並擴增碎片到可偵測的濃度,再透過電腦大量讀取資料並拼裝序列。不僅更快速,且成本更低,讓科學家得以在短時間內讀取數百萬個鹼基對,解碼許多物種的基因序列、追蹤病毒的變化行蹤,也能用於疾病的檢測、預防及個人化醫療等等。

在疾病檢測方面,儘管目前 NGS 並不能找出全部遺傳性疾病的原因,但對於改善個體健康仍有積極的意義,例如:若透過基因檢測,得知將來罹患糖尿病機率比別人高,就可以透過健康諮詢,改變飲食習慣、生活型態等,降低發病機率。又如癌症基因檢測,可分為遺傳性的癌症檢測及癌症組織檢測:前者可偵測是否有單一基因的變異,導致罹癌風險增加;後者則針對是否有藥物易感性的基因變異,做為臨床用藥的參考,也是目前精準醫療的重要應用項目之一。再者,基因檢測後續的生物資訊分析,包含基因序列的註解、變異位點的篩選及人工智慧評估變異點與疾病之間的關聯性等,對臨床醫療工作都有極大的助益。

基因定序有助於精準醫療的實現。圖/科技魅癮提供

建立屬於臺灣華人的基因庫

每個人的基因背景都不同,而不同族群之間更存在著基因差異,使得歐美國家基因庫的資料,幾乎不能直接應用於亞洲人身上,這也是我國自 2012 年發起「臺灣人體生物資料庫」(Taiwan biobank),希望建立臺灣人乃至亞洲人的基因資料庫的主因。而 2018 年起,中央研究院與全臺各大醫院共同發起的「臺灣精準醫療計畫」(TPMI),希望建立臺灣華人專屬的基因數據庫,促進臺灣民眾常見疾病的研究,並開發專屬華人的基因型鑑定晶片,促進我國精準醫療及生醫產業的發展。

目前招募了 20 萬名臺灣人,這些民眾在入組時沒有被診斷為癌症患者,超過 99% 是來自中國不同省分的漢族移民人口,其中少數是臺灣原住民。這是東亞血統個體最大且可公開獲得的遺傳數據庫,其中,漢族的全部遺傳變異中,有 21.2% 的人攜帶遺傳疾病的隱性基因;3.1% 的人有癌症易感基因,比一般人罹癌風險更高;87.3% 的人有藥物過敏的基因標誌。這些訊息對臨床診斷與治療都相當具實用性,例如:若患者具有某些藥物不良反應的特殊基因型,醫生在開藥時就能使用替代藥物,避免病人服藥後產生嚴重的不良反應。

基因時代大挑戰:個資保護與遺傳諮詢

雖然高科技與大數據分析的應用在生醫領域相當熱門,但有醫師對於研究結果能否運用在臨床上,存在著道德倫理的考量,例如:研究用途的資料是否能放在病歷中?個人資料是否受到法規保護?而且技術上各醫院之間的資料如何串流?這些都需要資通訊科技(ICT)產業的協助,而醫師本身相關知識的訓練也需與時俱進。對醫院端而言,建議患者做基因檢測是因為出現症狀,希望找到原因,但是如何解釋以及病歷上如何註解,則是另一項重要議題。

從人性觀點來看,在技術更迭演進的同時,對於受測者及其家人的心理支持及社會資源是否相應產生?回到了解病因的初衷,在知道自己體內可能有遺傳疾病的基因變異時,家庭成員之間的情感衝擊如何解決、是否有對應的治療方式等,都是值得深思的議題,也是目前遺傳諮詢門診中會詳細解說的部分。科技的初衷是為了讓人類的生活變得更好,因此,基因檢測如何搭配專業的遺傳諮詢系統,以及法規如何在科學發展與個資保護之間取得平衡,將是下一個基因時代的挑戰。

更多內容,請見「科技魅癮」:https://charmingscitech.pse.is/3q66cw

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科技魅癮_96
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