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狗狗可以活到300歲嗎?一探毛小孩的壽命之謎

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・2016/02/15 ・2719字 ・閱讀時間約 5 分鐘 ・SR值 535 ・七年級
長毛臘腸狗莉莉(Lily)在8個月大、2歲、7歲、15歲的時候。Source:Science

嫦娥為了后羿偷竊西王母的不死藥;伊甸園中有一棵生命之樹,吃了果實便能永生不死,不論東西方,人類尋找長生不老秘方的傳說比比皆是。長久以來,科學家們極力想搞懂壽命是受到什麼樣的機制牽制?又有什麼能讓生命週期慢下來?對動物而言,這些問題都無法靠單一的解釋完整回答。

隨著動物漸漸變成人類的「伴侶」,讓寵物活得更久成了新趨勢

除了延長人類的壽命很重要,當寵物逐漸成為人類生活上非常重要的夥伴時,延長牠們的平均壽命變得同樣重要。美國華盛頓大學演化遺傳學家丹尼爾(Daniel Promislow) 正對於狗的壽命進行研究-狗的老化計畫(Dog Aging Project),研究內容著重於如何延長牠們的壽命同時提升人類的壽命。「了解牠們的壽命,能同時了解繁殖、行為、環境及演化的過程,如果我們能夠增進生命的品質和長度,對我們以及寵物會是個雙贏的局面」丹尼爾說。

能不能活得久,和水分流失有關?還是和新陳代謝有關?

Source:flickr

亞里斯多德在西元前350年便對神祕的老化問題相當感興趣,他觀察到有些動物較長壽,有些則較短命,並認為這件事情是值得研究的。希臘一名哲學家推測這樣的模式和水分的流失有關,認為大象能夠活得比老鼠長久是因為大象可以保存較多的水份,流失水份速度也比老鼠慢。不過,這不完全和水份有關,亞里斯多德觀察到大型動物會比小型動物活得更久,這也是截至目前為止,科學家一致認同的觀點。

近100年來,有個非常受歡迎的概念提到「新陳代謝率高的動物比新陳代謝率低的動物短命,因為牠們的生命週期比較快」鸚鵡每分鐘心跳可達600下 ,牠們卻能比許多心跳沒這麼快的生物多活幾十年,顯然這個概念還是沒有解決問題。有些推測較短命的動物比較容易產生傷害體內組織的自由基,造成細胞無法繼續分裂。只不過這樣的推測仍缺乏強而有力的證據。

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壽命與體重關係圖。體重越重(體型越大)的動物壽命較長。Source:Science

1980年代中期, 史蒂芬(Steven Austad,美國阿拉巴馬大學生物老年病學家)在委內瑞拉觀察負鼠時,意外發現有袋類動物老化的非常迅速「牠們會在三個月內從體態良好到白內障,再到肌肉萎縮」(而且壽命也比同體型的哺乳類動物短百分之二十)他發現一件非常有趣的事情:相較於生活在南美洲大陸上,能遠離天敵生活在附近小島的負鼠老化得比較慢。

史蒂芬說「這個觀察支持著亞里斯多德的說法:體型大的動物活得較體型小的動物久。因為體型大的動物可能面臨的危險較少。這關乎的不僅是簡單的生存問題,甚至還包括幾百萬年的演化壓力。鯨魚和大象可以不疾不徐地慢慢成長,是因為牠們不會輕易受到攻擊,也代表著牠們可以投資更多能量去發育強壯的身體,並擁有更多後代。至於像老鼠這種很多天敵的動物,世代替換的很快:牠們需要花更多的力氣在成長並且快速的繁殖,而不是發展出更好的免疫系統。」就好比你不會把價值1000美金的水晶放在5美元的手錶上當裝飾。

體型越大活得越久不適用在毛小孩

貓的平均壽命為15年,狗的平均壽命為12年,然而貓的體型大致上都比狗來的小,小型狗的壽命甚至比大型狗多出一倍。史蒂芬觀察負鼠的理論還是可以應用在這裡。狗的祖先灰狼在野外平均壽命為11~12年,野貓則可以活到16年。這顯現兩物種面臨不同的演化壓力,由於灰狼比野貓更習慣團體生活,個體間互動較活躍,相較之下,貓就較容易避免傳染疾病也比較擅長獨自對抗天敵,貓就像可以活超過20年的豪豬一樣,具備很強的自我防衛能力。裸鼴鼠一生大多活在地底下,可以躲避天敵的攻擊,壽命可達30年;蝙蝠遇到危險能輕易飛走,平均壽命達40年之久;老鼠這種天敵多的動物只能活個幾年,擅長躲避危險的動物活得比較長久

為什麼小型犬活得比大型犬久?

這是一個非常複雜的問題。體重大約為70公斤的愛爾蘭獵狼犬可以活到7年,4公斤左右的蝴蝶犬可以活到10年。大多品種的狗都少於一百歲,所以演化壓力明顯沒有幫助。能促使牠們體型變大的一種賀爾蒙­-類胰島素生長因子1(insulin-like growth factor1)-扮演著重要角色;雖然科學家找出許多不同物種間影響壽命的蛋白質,但是機制仍不明。大型犬成長的速度比較快,但會造成身體上部分器官或機制發育不完全,使得他們容易產生併發症和疾病,所以大型犬比小型犬更容易有健康問題,例如:德國牧羊犬容易發生髖關節發育不良的問題、哈士奇易有自體免疫的疾病,雖然這些問題可能來自於近親交配。

我們的毛小孩能不能活得更久?

雖然狗與貓的壽命有差異,不過這兩種寵物都活得比以前更久。狗的壽命在過去40年增長一倍,家貓的壽命則是野貓的兩倍,這可能是因為牠們擁有更好的健康照顧及飲食。為了讓寵物受到與人相同的照顧(像是定期健康檢查以及心臟手術)美國人每年願意花600億美金在牠們身上。「能使人類活得更久的方法同樣適用在我們的寵物上」不過這個趨勢可能無法延續,在美國,有超過一半以上的寵物過重或是過胖,此外牠們和人類一樣暴露在高致癌物及污染的環境。

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Source:flickr

上述這些研究顯示了解狗和貓的壽命可以幫助我們解決人類如何老去,畢竟,人類擁有較多狗與貓在醫學上的紀錄,我們也更了解牠們的生理、基因。也許延緩(甚至停止)生命週期的線索就隱藏在牠們身上。「我認為壽命在任何物種間,沒有一個最大值或是特定的長度,但真正個問題是,我們能活到多久?也許1000年以後,你的狗可以活超過300年也說不定!」如果我們的壽命也跟著增加的話,這會是個好消息,畢竟,誰不想跟自己的摯友活一輩子呢?

參考資料:

Dog Aging Project

.原文《Feature: A dog that lives 300 years? Solving the mysteries of aging in our pets.》Science, Dec. 3, 2015

.《為甚麼人類比老鼠長壽,卻比弓頭鯨短命?:解開壽命與老化之謎》強納森.席佛頓(Jonathan Silvertown), Jan., 2015

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從PanSci小粉絲變身成小小實習生。重度愛好生物患者,症狀:對生物相關事物產生法自拔的迷戀。在學校只喜歡解剖課,看到活生生又血淋淋的東西會很興奮>___<


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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》的前身為1973年初登場的《科學發展》月刊,每期都精選1個國際關注的科技議題,邀請1位國內資深學者擔任客座編輯,並訪談多位來自相關領域的科研菁英,探討該領域在臺灣及全球的研發現況及未來發展,盼可藉此增進國內研發能量。 擋不住的魅力,戒不了的讀癮,盡在《科技魅癮》