人造水果目標是味道與自然的一樣好。圖/法新社
曾在世界盃足球賽神準預測贏球隊伍的章魚哥「保羅」。圖/法新社
遠古人類模擬塑像。圖/美聯社
基因解碼有助了解生物機制。圖/美聯社
暖化正影響蔬果產量。圖/美聯社
夏威夷的章魚寶寶。圖/美聯社
基因研究解密章魚基因圖譜。圖/美聯社
人類起源展與參觀者。圖/美聯社
人類腦容量大小會受氣候影響。圖/法新社
編譯/潘楠慕
章魚被視為非常聰明的動物,尤其大腦神經可塑性,具備適應環境的改變和學習能力,因此被當做神經科學、認知研究和發展生物學上的一個重要模型生物。一份最近發表的研究報告揭開章魚的基因圖譜,有助於了解這種動物的生物機制,也充實相關領域的研究。
章魚有無脊椎動物中最複雜的神經系統,能夠適應環境學習新行為,要了解章魚的生物機制和演化歷史,就需要有可靠的基因圖譜,而這一直是章魚相關研究所欠缺的。這份由奧地利維也納大學、比利時魯汶天主教大學、西班牙國家基因組分析中心(CNAG)和義大利安東.多恩海洋生物研究中心(SZN)合作的研究,填補了這個缺口。
研究人員以學名為「真蛸」的普通章魚(Octopus vulgaris)為研究對象,從這種章魚的基因組中辨識出30條染色體,章魚共有28億個鹼基對,當中99.34%都在這30條染色體上編碼,其基因組規模遠大於其他無脊椎動物。這項研究也發現,普通章魚所有的染色體,都表現出許多結構性的改變,這些改變是經過染色體片段斷裂、重新排列、組合而造成,這一點突顯了在章魚4400萬年演化史上的演化動態。
這份報告10月在「美國遺傳學協會」出版的《G3:基因,基因組學,遺傳學》(G3: Genes, Genomes, Genetics)期刊發表。報告第一作者、維也納大學神經科學與發展生物學系學者達斯塔諾維奇(Dalila Destanovic)說:「就算是在親緣非常接近的物種,也觀察到許多染色體結構的變化,這令人好奇章魚演化歷程中,基因組的變動,也為這種染色體結構改變,對章魚獨具一格的特色有何影響,開啟了研究的大門。」
章魚、墨魚和烏賊都屬於頭足綱中的蛸亞綱(coleoid),此群體物種的特色是,高度多樣化的生活方式、生物體結構和對環境的適應力,尤其是章魚大腦的神經可塑性,即大腦在學習和體驗新事物時的改變和適應能力,對這些動物的研究,可提供佐證顯示這類動物存在與哺乳動物大腦類似功能的結構。
此外,章魚身體部分部位能夠再生,以及迅速改變身體圖案的能力,也對偽裝、溝通具有重要性,這些都使得章魚成為熱門研究對象,希望了解這種聰明的動物,在演化過程中如何產生這些特色和經歷的變化。
達斯塔諾維奇說:「我們以現今用於基因組研究的技術,能夠為章魚建立一張『基因組地圖』,呈現出染色體層級的基因訊息編碼。」這份具參考作用的基因圖譜,有助於科學界更深入了解頭足綱蛸亞綱生物,以及蛤蜊、蝸牛等其他軟體動物遠親的演化歷程。
糧安危機最新解方:人造水果
氣候變遷對作物生長的威脅愈來愈令人憂心之際,紐西蘭一群科學家正試圖在實驗室中,利用植物細胞培養出人造水果,希望有助於維護糧食安全,同時減少傳統種植方式帶來的運輸成本和碳排量。
獲紐西蘭政府支持的「植物與食物研究所」(Plant & Food Research)人造水果研究,著重於從莓果、蘋果、斐濟果(feijoas)、桃子、葡萄等類水果,取得植物細胞來培育水果。
目前人造水果的研究相對少見,「植物與食物研究所」的目標,是要透過這項開創性研究,帶動相關領域的發展,以期所培育的人造水果,不僅全果可食,沒有傳統水果會被丟棄的果核、果皮等部分,味道、氣味和質感也都像自然種植的水果一樣好。
該機構旗下「設計食物計畫」首席科學家肖恩(Ben Schon)說:「在紐西蘭,我們很擅長種植傳統園藝作物,但是,放眼未來,這個世界將有很大的變化,包括人口成長、都市化增加以及氣候變遷。」
策略負責人鮑德溫(Sam Baldwin)認為,人口持續增加,需要生產更多食物供應需求,但是可種植區域卻正在減少,且氣候壓力日增,「一切照舊的方式,或許無法解決需求」。他說,人造水果技術適合在城市裡使用,減少水果收成、運送到都市的成本和碳排量,也能降低因氣候造成產量損失。
未參與這項計畫的紐西蘭梅西大學食品科學家拉什迪尼賈德(Ali Rashidinejad)提醒,人造食物可在永續農業中扮演要角,但是這種技術仍在發展的初期階段,還得經過成本高昂且耗時的臨床試驗證明安全性,「克服這類障礙少說也要好幾年」。
暖化還有這層影響:讓人變笨
科學家分析5萬年來氣候紀錄與人類遺骸,發現過去的氣候變遷,與人類大腦的縮小有關聯性,暖化時期的人類腦部明顯縮小,而這可能是人類對氣候改變所出現的調適反應。
美國加州自然史博物館認知科學家史特貝爾(Jeff Morgan Stibel)進行的這項研究,從10份不同的已發表資料,取得近5萬年來298名智人(Homo)骨骸樣本,進行373次腦容量測量,再與「歐洲南極冰芯計畫:康科迪亞冰穹」(EPICA Dome C)的全球氣溫、溼度、降雨量等紀錄比對,發現當氣候暖化,人類大腦的平均尺寸,明顯變得比氣候較冷時期還小。
康科迪亞冰穹的冰芯有最早到80多萬年前的地表氣溫精確測量紀錄。最近5萬年間,經歷過「末次冰盛期」,即距今最近一次冰河期中最寒冷的一段時間,之後的「全新世」地球平均氣溫回升,一直到今天。
分析顯示,人類大腦平均尺寸在全新世回暖期間顯著減少約10.7%,「大腦尺寸變化,顯然在氣候改變之後發生了數千年,這一點在末次冰盛期後格外明顯」。這種演化模式發生在相對短的一段時間,從5000年前到1萬7000年前,這意味著,現在持續中的全球暖化,可能會對人類認知力產生有害影響。
這份在《大腦、行為與演化》(Brain Behavior and Evolution)期刊發表的報告結論認為,「氣候變遷是智人腦部大小的先兆,大腦特定的演化改變,或許是對環境壓力的回應」。
史特貝爾指出,「現今人類大腦就算是縮小一點點,都可能在生理上有重大影響,卻尚未被充分了解」;面對近年暖化趨勢,了解氣候變化如何影響人類大腦體積和人類行為,十分重要。
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