【身體密碼】神啊,請讓我的睫毛長一點吧!

■從刺蝟、熊貓、駱駝、馬到長頸鹿,研究人員測量了22種哺乳動物的眼睛寬度與眼睫毛長度,卻都得到同一種黃金比例,這是為什麼呢?

圖片來源:wiki
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撰文|駱宛琳

流行歌曲裡「小酒窩,長睫毛,是你最美的記號」唱出了多少女孩心中對迷人長睫毛的夢寐以求,但為什麼我們的睫毛不能夠像頭毛長度一樣,隨心所欲地說留長就留長呢?

不論是頭髮還是眼睫毛的生長,都由毛囊擔此大任。毛囊的生長週期在「生長期」、「退化期」與「休止期」三個階段週而復始的循環,而身體不同部位的毛囊因為停留在各個階段的時間不盡相同,使得頭髮、眼睫毛的生長長度有所差異。以人類為例,頭皮處的毛囊大概有85%到90%都正處在生長期,而且在生長期一待就是好幾年,停留在休止期的時間只有短短三個月,之後就又可以準備進入下一個生長週期長出新的頭髮。反觀眼睫毛處的毛囊生長期就比較短,通常只有幾個禮拜,但休止期卻很長,得用「月」為單位來算。而且平均上,大約只有15%到40%的眼睫毛毛囊處在生長期,所以眼睫毛相對頭髮來說,長度也就短的許多。既然毛囊生長週期會影響到毛髮長度,那毛囊在各個不同生長階段的停留時間又是如何被調控的呢?這或許跟FGF5(fibroblast growth factor 5)基因有關。

為了找出調控睫毛生長長度的分子機制,科學家著手研究有家族遺傳性睫毛過度增生(familial trichomegaly)的家族成員。遺傳性的睫毛過度增生在臨床上非常罕見,罹患家族遺傳性過度增生的人,身體上各部分的毛髮都會比一般人要長,但又以過長的眼睫毛最為明顯。研究發現這些家族成員裡,有一個纖維母細胞生長因子FGF5的基因發生點突變。雖然突變的蛋白質結晶結構還沒有被解出來,但從已知的資料研判,突變胺基酸的位置會影響到FGF5蛋白質和其受體結合。FGF5可以誘導毛囊生長進入退化期,突變的FGF5如果沒有辦法和相作用的受體結合,就會使毛囊一直滯留在生長期,進而打亂毛髮生長的長度調控機制,而使得眼睫毛的生長失去控制。

但除了以分子生物學的觀點來解釋眼睫毛的長度調控,演化上又是如何讓這樣的調控機制成為適者生存的大贏家呢?

最近,Georgia Institute of Technology的博士班學生Guillermo Amador提出一個很有趣的假設。他先是注意到哺乳類各種動物的眼睫毛其形態都大同小異,於是他們到美國紐約的自然歷史博物館,去測量博物館內收集所有哺乳動物標本的眼睛大小與眼睫毛長度。從刺蝟、熊貓、駱駝、馬到長頸鹿,他們總共測量了二十二種哺乳動物。而有趣的是,即使這二十二種哺乳動物形態差異頗大,但橫跨這些物種的眼睫毛長度都大約是眼睛大小的三分之一。Guillermo覺得這跨物種的「巧合」也未免太有志一同而不像是單純的偶然,他於是開始研究眼睫毛長與眼睛寬度的「黃金比例」是不是有演化上的優勢存在。

Guillermo對生物體如何利用流體來控制物質的傳播極為有興趣,在一頭栽進眼睫毛的長度是不是有任何演化利處前,他研究某些植物(例如金腰屬海膽花)是如何利用雨水的飛濺來將果杯中的種子濺到一公尺外的地方來散播種子。雖然乍聽之下植物傳播種子和眼睫毛長度是八竿子也打不著的關係,但其實,哺乳動物的眼睫毛也是利用空氣流來防止物體掉到眼睛裡面呢。

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圖一:研究眼睫毛長度與空氣流動關係的裝置圖(感謝Guillermo Amador 提供)

Guillermo設計出一種裝置來實驗眼睫毛的長度是不是會影響到眼球表面的空氣流動(圖一)。Guillermo發現睫毛長度不但會影響到眼球表面空氣流動的形態,短睫毛和長睫毛產生的作用也有極大的差異。睫毛長度短時,當空氣流向眼睛或當風吹向眼睛時,短睫毛可以阻擋空氣流,而在眼睛表面形成一個類似「障蔽」的保護層。這個「障蔽」的意思是,眼睛表面的空氣流動速度變緩,而短睫毛所形成障蔽像是安全保護網,可以將這層速度緩慢的空氣流層困住,微小粒子等就不容易落到假眼睛裡面。進一步的實驗更證實,短睫毛可以降低假眼睛中百分之五十的水分流失,也可以減少一半的微小粒子落入眼睛。反之,當睫毛過長時,長睫毛直直的深入吹來的空氣流中,像是形成空氣甬道似的將速度還很快的空氣流直直導向眼睛表面。過長的眼睫毛於是會加快眼球表面的水分流失,也容易有雜質掉到眼睛裡面。於是,在這兩力量相抗衡下,就演化出睫毛長為眼睛寬度大小三分之一的黃金比例了!

雖然Guillermo沒有將跟人類相關的測量結果列入研究範圍,但以2006年一篇對東西方女性眼睫毛的度量研究,眼睫毛平均長度大約是八公釐。維基百科上顯示平均成人眼球大小為24公釐,兩者相除下,雖然計算不精確、推論也有點隨便,但,還剛剛好是三分之一呢!(這邊計算不精確,是因為Guillermo的實驗實際上是測量眼睛垂直方向的短軸長度與水平方向長軸長度,然後取平均值得到的眼睛寬度,而且他們做過多組測量,不像我偷懶直接用眼球平均直徑喔!)

你的眼睫毛跟眼寬比,又是多少呢?

參考資料:

  1. Alonso L, et al. 2006. The hair cycle. J Cell Sci 119(Pt 3):391–393.
  2. Seago SV, et al. 1985. The hair cycle on the human thigh and upper arm. Br JDermatol 113(1):9–16.
  3. Rook A. 1965. Endocrine influences on hair growth. BMJ 1(5435):609–614.
  4. Elder MJ. 1997. Anatomy and physiology of eyelash follicles: Relevance to lash ab- lation procedures. OphthalPlastReconstrSurg 13(1):21–25.
  5. Higgins CA, et al. 2014. FGF5 is a crucial regulator of hair length in humans.ProcNatlAcadSci U S A. 111(29):10648-53.
  6. Email communication with Guillermo Amador.
  7. Amador GJ, et al. 2015. Eyelashes divert airflow to protect the eye. Meeting abstract at Society for Integrative and Comparative Biology.
  8. Pennisi E. 2015. The downside to long lashes. Science.DOI: 10.1126/science.aaa6307
  9. Na JI, et al. 2006. Ethnic characteristics of eyelashes: a comparative analysis in Asian and Caucasian females.Br J Dermatol. 2006 Dec;155(6):1170-6.
  10. Human eye. In Wikipedia. Retrieved the article on Jan 26, 2015. http://en.wikipedia.org/wiki/Human_eye#Size

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作者:駱宛琳 美國聖路易華盛頓大學(Washington University in St. Louis)免疫學博士,從事T細胞發育與活化相關的訊息傳導研究。

 

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