沙袋鼠特有的「母乳」胎盤

■根據基因表現(Gene-expression)分析指出,有袋類動物(marsupial)的胎盤可能以兩種型式存在。

Dave Watts/NPL

撰文|莊宇真

沙袋鼠(Wallaby)是一種主要生長在澳洲與周邊島嶼的小型(或中型)有袋類動物,牠們與我們所熟知的袋鼠(kangaroo)是血緣最近的物種,身材通常比袋鼠小,所以也被稱為「小袋鼠」,但其實還是有的沙袋鼠可以長到6英呎(約183公分)1

2017年9月,來自美國與澳洲的研究團隊在沙袋鼠身上發現了可顛覆過去對於哺乳類動物胎盤理解的訊息2

對哺乳類動物而言,胎盤是用來保護與提供養份給胎兒的重要器官;在過去,分類學家(Taxonomists)通常會以「胎盤的有無」來區分胎盤哺乳類(placental mammals, 又稱真獸類eutherians)與有袋類,像是本文的主角沙袋鼠、袋鼠、與袋熊(wombat)等。

不過,許多研究者認為這樣的區分是不正確的,他們主張有袋類應該會在懷孕後期、在尚未發育完成的寶寶準備爬行到育兒袋(pouch)之前,發展出一種簡單、類似胎盤的結構。這種胎盤結構僅有兩層細胞,主要提供胎兒氧氣、養份、與促進發育的分子訊號,並保護牠們免於母親免疫系統的傷害。

而研究團隊在尤金袋鼠(tammar wallabies, 學名Macropus eugenii)身上發現,沙袋鼠媽媽身上不只有具功能性的內胎盤,還有能扮演部分胎盤角色的「乳汁」存在,與過去的主流說法大大不同。

美國伊莉諾大學的演化生物學家Derek Wildman說:「以解剖學及生理學觀點看,胎盤是哺乳類動物中變異最大的一個器官。因此,在有袋類動物身上發現如此不同的胎盤構造是不意外的,因為就算是十分接近的物種,也可能會有外型迥然不同、但具有相同功能的胎盤。」

●特有的「母乳」胎盤

以獸體大小而言,有袋類動物的孕期是十分短的。以尤金袋鼠為例,可以長到6-9公斤重,但卻只需要懷孕26.5天,僅比大鼠稍微長一些而已。不過,袋鼠幼獸(joey)會花費將近一年的時間,持續在媽媽的育兒袋裡發育與吸收養份,與其他哺乳類動物相較之下又長了許多。這個看起來不大協調的發育模式,促使研究者去揣測,袋鼠寶寶大多數的發育很可能是由母乳中的特別物質所引導的。

因此,為了找出有袋類與真獸類胎盤功能的相似之處,發表該篇研究、來自美國史丹佛大學的演化生物學家Julie Baker與Michael Guernsey對尤金袋鼠胎盤中的基因表現進行分析,並進一步與小鼠與人類胎盤的基因做比較。他們發現,在尤金袋鼠胎兒即將出生(準備進入育兒袋)的前幾天,胎盤的基因表現,與真獸類胎盤在胎兒早期發育階段的基因表現相同。

接著,研究人員進一步分析尤金袋鼠媽媽乳腺的基因表現,他們發現正在哺育寶寶的腺組織(glandular tissue),與真獸類胎盤在胎兒晚期發育階段有相同的基因表現。

「這真是美妙的設計!」南丹麥大學的發育生物學家Anthony Carter不禁讚嘆。他說:「基因分析提供了有力的證據,指出有袋類也具有完整功能的胎盤,只是有不同的型式,與過去的想法是不同的。」

●多樣性的發育

該篇研究的第一作者Guernsey(史丹佛大學的博士生)表示,這個研究說明了即使物種之間的胎盤結構在解剖學上具有差異,但卻可以具有相同功能表現的基因。

Baker教授(該篇研究的末位與通訊作者)認為,胎盤在演化中之所以會變化地如此快速,主要是因為這對於保護胎兒不會被母親免疫系統當作是外來侵略者,是必要的。「胎盤演化著,嘗試躲避母親(免疫系統),進而形成如此奇特的策略——以母乳這種液體的型式來進行保護的方式。」她說。

Wildman教授認為,這個發現說明了哺乳(lactation)的演化可能早於真獸類胎盤,就像是卵生的哺乳類如鴨嘴獸(platypuses)與針鼴(echidnas)都有哺乳功能、但沒有胎盤,卵生的哺乳類演化也早於有袋類與真獸類。

Baker教授補充,當我們對於胎盤發育了解越多,不僅可讓研究者進一步了解動物演化,也會對了解人類的胎盤功能有幫助;畢竟,在現實生活中,不太可能以人體進行相關研究,因為這可能會傷害到胎兒的。

 

參考資料:

  1. Wallaby milk acts as a placenta for babies
  2. Molecular conservation of marsupial and eutherian placentation and lactation

 

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