2013年1月25日 星期五

對科學人期刊《眼睛的演化》一文的不同看法!

 
 

對科學人期刊《眼睛的演化》一文的不同看法!

    最近拜讀了20117月,科學人期刊澳洲Trevor D. Lamb博士寫的《眼睛的演化》一文[1][2],通篇大部分在討論脊椎動物眼睛的演化過程,有些論點別出心裁,相當具有創意。只可惜最後結論時畫蛇添足,讓人覺得多此一「提」,觀念的錯誤令人讀了不勝惋惜。

    Lamb博士應該是研究脊椎動物眼睛演化方面的翹楚,別有創意的從八目鰻、盲鰻眼睛的差異,做了一些對脊椎動物眼睛演化的精彩推論!

    只可惜隔行如隔山,在文章最後他提到:「即使演化巧奪天工地創造了脊椎動物的眼睛,仍有些地方顯得粗糙。舉例來說,

1.  視網膜的裡外裝反了,導致光線在抵達感光細胞前,必須先穿過視網膜中的神經叢和細胞,而這個過程造成光線散射,降低影像品質;

2.  視網膜內表面的血管叢也會在感光細胞層造成多餘的陰影;

3.  視網膜上有個盲點,神經纖維在那兒集結並穿過視網膜,往後方延伸為視神經。

這樣的例子不勝枚舉。」

    顯然Dr. Lamb在結論提到的「三點眼睛演化的瑕疵」都跟眼睛的解剖生理有關,而在這方面,本人在陽明醫科大學任教醫科牙科及研究所同學時正好稍微有些心得,所以實在很難認同Dr. Lamb對眼睛所謂「三點眼睛演化瑕疵」的論點。讓我逐項反駁說明如下:

1.  我們視覺的敏銳度(Visual Acuity),並非單單只在視網膜決定而已。更包括複雜的視覺傳導徑路也參與。

先由視桿細胞(Rods)、視錐細胞(Cones)以及兩極細胞(Bipolar

   Cells)共同形成視區(Receptive Fields),即所謂的On-Center

   Off-Center等,經由它們精巧的立體排列,可以大幅增加影像的

   明暗對比和影像的清晰。

   而且正好跟Dr. Lamb的論點相反的是:在視網膜上存在大量的神

   經膠細胞─密勒細胞(Muller Cell),其功能如下

1.  供給視網膜神經細胞養份、

2.  胚胎發育時幫助視神經細胞生長、

3.  有助受傷視神經細胞的修復、

4.  固定維持視神經細胞的位置,

5.  最重要的是透過複雜的光聚集作用,使照射到視桿、視錐的光

   更清晰更集中(channel light through the retina directly to the

   photoreceptors)

6. 因為Muller cell的保護作用,能減少 紫外線對視桿、視錐的傷害。而完全不是如Dr. Lamb所說的…光線散射,降低影像品質?[3]


1. 視網膜的顯微剖面圖。NFL神經纖維層( nerve fiber layer); GCL,神經節細胞層 (ganglion cell layer); IPL( inner plexiform layer); INL( inner nuclear layer); OPL( outer plexiform layer); ONL( outer nuclear layer of the retina);

Orange色─密勒細胞(Müller cells); red色─中間神經原及神經節細胞interneurons and ganglion cells; blue,感光細胞 (photoreceptor cells).



2. 橙色的密勒細胞(Müller cells)貫穿整個視網膜,角色是

1.營養視神經細胞、

2.固定支持視神經細胞、

3.聚集光線等多項功能的卡通圖。


 

2.  從沒看過有任何一本神經解剖學的教科書,提及…視網膜內表面的血管叢會在感光細胞層造成多餘的陰影…如此的論點,這不用講高深的理論,請各位網友抬頭四處張望一下就好,您眼睛有看到多餘的陰影嗎?

3.  視網膜上確實有個盲點(Blind Spot),可是除非進行專門的眼科檢查,人一輩子可能都感覺不到盲點(Blind Spot)的存在,既然對視力毫無影響,請問這樣那能算是眼睛演化的缺點呢?

4.  Dr. Lamb行文最後還這樣結尾…這樣眼睛演化缺陷的例子不勝枚舉。我真的是引頸盼望,Dr. Lamb還能舉出更多一些對眼睛演化缺陷的驚人之語,以長見聞?只可惜例子並不是「不勝枚舉」而是根本很難舉得出來了!

    科學人期刊,可能是當今台灣最暢銷的科普期刊,誠不願優秀的莘莘學子們,不明就裡的被誤導而觀念錯誤,是為文。

參考文獻:

1.  Lamb, T. D. 2011. Evolution of the Eye. Scientific American. 305 (1): 64-69.

2.  藍姆(Trevor D. Lamb)撰文,張薰文翻譯 眼睛的演化 科學人 201111 50-55

3.    Franze, K. et al. 2007. Müller cells are living optical fibers in the vertebrate retina. Proceedings of the National Academy of Sciences. 104 (20): 8287-8292.

 

2013年1月12日 星期六

海中水母大爆發(Jellyfish Explosion)!1-12-2013

 

海中水母大爆發(Jellyfish Explosion)1-12-2013

    200711月,北愛爾蘭的一家鮭魚養殖場,遭受了水母襲擊。這一事件共死亡約10萬條鮭魚(Salmons),養殖場也因此損失約200萬美元。

    這一事件的罪魁禍手是「遠洋夜光水母」。遠洋夜光水母(mauve stinger)俗稱紫水母,以其晚間可看見的紫色光而聞名。這種水母原本都是在溫暖的地中海海域(warm Mediterranean waters)生長,海洋生物學家認為,現在能遷徙到較冷的愛爾蘭海域(Irish seas)這是全球暖化(global warming)全面性的海水溫度升高的一項証明。.
   
事發那幾天,幾十億隻遠洋夜光水母密佈於該公司養殖場附近方圓25平方公里、10公尺深的水域。這些水母形成一個個巨大的黑紫色團,將魚場層層包圍。雖然魚場派出數十名人員進行搶救,但乘坐的三艘船卻花了好幾小時才穿越水母群,當抵達養鮭魚用的網箱時,已來不及搶救。網箱裏的鮭魚不是已經死亡,就是在垂死掙紮。它們主要是被水母刺死、擠死,或受驚嚇過度而死。
   
這一事件甚至驚動了英國皇室,因為英國女王伊利莎白二世最愛吃這家養殖場出品的鮭魚。
    20117月初,以色列西部濱海城市海德拉的「歐洛特拉賓」(Orot Rabin nuclear power station near Hadera)核電廠冷卻系統的海水供應集水口,被大量水母阻塞,迫使這座核電廠暫時關閉,當局不得不出動挖土機清理水母。

     2011620日與30日,日本的島根核能電廠(nuclear power plant in Shimane, Japan)、蘇格蘭的托內斯核電廠的兩座反應爐(Two reactors at Torness power station, in Scotland),也都發生大量水母堵塞冷卻系統而暫時關閉的事件。

    在日本西北部若狹灣海域,近年來,年年遭到一種非常大型的水母─越前水母(Nomura's jellyfish)的氾濫,估計漁獲最少減少30%以上。以往要40年才發生一次的越前水母氾濫,為何現在變成每年都氾濫成災?日本越前水母的專家認為跟兩個因素有關:

1.  過去四分之一個世紀以來,黃海的海水溫度上升了攝氏1.7(華氏3.0)海水溫度越高越前水母的生長速率越快。

2.   越前水母的天敵(Predators)減少。

越前水母(Nomura's jellyfish)體重約200公斤、體長約2公尺,差不多是日本相撲選手的大小。

 


1. 左圖獅鬃水母(Lion mane’s Jellyfish)體重超過1公噸、體長超過35公尺,是目前為止發現最大的水母;右兩圖越前水母(Nomura's jellyfish)


    最讓人擔憂的是,水母氾濫成災的情況,近年來在很多國家的沿海海域經常性的發生,導致了許多國家旅遊與漁業受到影響。

    水母是一種出現於寒武紀之前的埃迪卡拉紀(Ediacaran)的多細胞動物,埃迪卡拉紀又稱震旦紀,是指6.305.42億年前的時間。水母能在海中縱橫六億多年的歲月後而仍生意盎然,一定有牠堅強的生存之道!

    海洋生物學家將近年來水母到處氾濫成災的原因歸納如下:

1.  海水溫度升高科學研究顯示,海洋氣溫上升12攝氏度,
對於水母沒有絲毫傷害,卻足以要了水母天敵海龜的命。海水溫度升高,增加海水中鹽份的濃度,而這種情況不利於海龜龜殼的生長。

2.  天敵減少(例如海龜、翻車魚mola mola)海龜一天平均可以吃掉50隻水母。

3.  濫用藥物。人類對海洋過量排放藥物,特別是避孕藥等人類用來控制生育的藥物的危害最大。
實驗證明,
避孕藥這些藥品不僅不能抑制水母的生長,反而促進牠們的生長。

4.  海水酸化。201012月聯合國環境署發佈的報告中,海洋生物學家指出,自工業革命開始以來,海洋酸化程度上升了30%。

5.  魚類的過渡捕撈。人類過渡捕撈海洋魚類,嚴重破壞了海洋生態平衡,使得水母及藻類得以大量繁殖。
 

 

2013年1月6日 星期日

神奇的嗜極生物(Extremophiles)1-6-2013

 
 

神奇的嗜極生物(Extremophiles)1-6-2013

    1969 年,美國微生物學家湯瑪士‧布洛克(Thomas D. Brock)以及海德森‧弗力茲(Hudson Freeze)從美國黃石公園的溫泉中,發現一種能生長在攝氏70度左右高溫的細菌,命名為Thermus aquaticus,此一發現,推翻了當時生化學家根深蒂固認為─蛋白質於超過60℃就會變性(Denature),因此生命無法在高溫下存活的觀念。消息經媒體披露後,跌破了許多專家的眼鏡!
Thermus aquaticus嗜極細菌中的酵素因為能耐高溫而仍具有功能,由其菌內分離出之 DNA 聚合脢 (Taq DNA 聚合脢) 非常適合在高溫下(例如72℃)進行合成。反覆的95℃高溫下,亦不易破壞此酵素,如此才使得聚合酶連鎖反應(Polymerase Chain Reaction)技術大為普及,能簡易而大量的複製DNA片段。


1.能耐70℃高溫的Thermus aquaticus發現於美國黃石公園的溫泉中


    從此生命科學專有名詞中又多了一項:嗜極生物(Extremophiles)


2. February 7 , 2008美國國家太空總署(NASA)的一組科學家又在南極Untersee湖的古老冰層中找到另一種嗜極生物(Extremophiles)


    有些分類專家將所有生物分成三個領域(Domains),而許多嗜極生物是屬於古菌領域(Archaea Domain),三個領域生物的主要差異如下表:



特徵

領域(Domains)

真細菌(Bacteria)

古細菌(Archaea)

真核生物(Eukarya)

核膜




膜狀胞器

(如高基氏體等)




細胞壁是否具有

胜肽聚糖




細胞膜上的磷脂

不分枝

有些分枝

不分枝

RNA聚合酶

僅一種

一種以上

一種以上

蛋白質合成(轉譯)的起始胺基酸

醛基甲硫胺酸(Formyl-methionin)

甲硫胺酸(Methionine)

甲硫胺酸(Methionine)

對抗生素敏感度

受抗生素抑制

不受抗生素抑制

不受抗生素抑制

 多數古細菌都棲息在地球上極端的環境裡,古細菌又分三類:

1.  甲烷菌(Methanogens)

2.  極嗜鹽菌(Halophiles)

3.  極嗜熱菌(Thermophiles)

 

3. 生物的演化樹。


    本文僅僅介紹一種嗜極生物,一種非常非常神奇的古細菌:

  故事的起頭是19981999年之間,美國國家太空總署(NASA)於南極的冰層中,發現了一種嗜極生物!

    各為網友一定有個疑問,太空總署不是專門探討神祕的太空嗎?為什麼到南極冰層去做發現古菌的實驗呢?


4. 美國國家太空總署(NASA)在南極洲VOSTOK湖冰層中發現的古菌!


 


5. 美國國家太空總署(NASA)在南極洲鑽探到深冰層,於Vostok Lake採集到嗜極生物的標本。

圖片來源:


美國國家太空總署在南極探勘的主要原因:是因為他們的天文生物學家長期以來認為,木星(Jupitor)的衛星,直徑3136公里的歐羅巴衛星(Europa)很可能存在著生命形式,因為在它相當厚的冰層之下有一個巨大的海洋,裏面或許存活著地球外生命。

    雖然目前美國國家太空總署(NASA)全力的致力於火星的探索,但是並沒有忘記對木星的冰封衛星—歐羅巴的關注,NASA計劃於2021年向歐羅巴發射探測器。

 NASA擬定了一項稱為“快帆”探測器的計劃,該探測器將環繞歐羅巴飛行,研究它的冰層以及冰層下的海洋。這架耗資20億美元的無人探測器,預計於2021年發射,作為未來的登陸器做先前的探測工作。

  天文生物學家認為,在歐羅巴(Europa)厚達100公里的冰層之下,隱藏著一片巨大的海洋。這個巨大的海洋的海床上,很可能具有1977年發現於太平洋中洋脊附近的深海熱泉生態系(Hydrothermal Vent  Ecosystem),理由如下:


    歐羅巴(Europa)是很靠近木星(Jupiter)的衛星,而木星的直徑約是地球的11(木星直徑142,984 km;地球直徑12,756 km),因此能產生很強大的引力,然後會在歐羅巴衛星形成潮汐作用。就好比月球影響了地球海洋的潮汐一般,差別是月球(月球直徑3,476km)產生的引力比起木星小得太多了,所以木星對歐羅巴衛星產生的潮汐作用,大到能使歐羅巴衛星核心岩石溶解形成岩漿。

    木星的引力能引起強大的潮汐作用証據在於,離木星最近的一顆大型衛星埃歐(Io)也是因為受到木星潮汐作用的影響,不只核心形成了岩漿,還在Io衛星表面引起火山爆發,火山爆發的規模之大,在離Io一百公里外的太空都能偵測到火山灰。

    天文學家認為Io是太陽系火山活動最猛烈的星球,原因就是木星提供的能量。

    很可能在歐羅巴衛星岩漿與冰層交界處,冰融化而成海洋,而且說不定是個生氣蓬勃充滿生命的海洋呢!

 


6. 木星的衛星─歐羅巴(Europa)


木星的歐羅巴(Europa)衛星是天文生物學家認為太陽系除了地球以外,最可能存在生命的星球,所以美國國家太空總署(NASA)才會在與歐羅巴(Europa)環境相近似的南極冰層中尋找嗜極生物。