科技報導

性別基因遺傳新發現

性別基因遺傳新發現
國立臺灣大學生命科學系助教范姜文榮

編譯來源:《ほ乳類の性決定遺伝子Sryの発現制御メカニズムの解明に成功 -人間の性分化疾患の原因解明に期待》

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哺乳類性別由「X」與「Y」這2條性染色體的組合所決定,但是日本京都大學與理化學研究所的共同研究團隊發現除了X、Y性染色體外,尚有對性別決定扮演關鍵角色的其它遺傳基因。(圖片來源:維基百科)

哺乳類性別由「X」與「Y」這2條性染色體的組合所決定,但是日本京都大學與理化學研究所的共同研究團隊發現除了X、Y性染色體外,尚有對性別決定扮演關鍵角色的其它遺傳基因。

過去已知動物性別的決定機制有各種不同類型,有些魚類甚至成長後出現性別轉換,但是哺乳動物的性別決定機制嚴密,細胞核內若具有各一條X、Y性染色體,則為雄性(XY);若出現2條X性染色體,則為雌性(XX)。

雌雄的性別分化是動物為了繁衍後代的重要細胞分化過程。人類Y性染色體上遺傳基因SRY1,在雌雄未分化前之胎兒期出現短暫表現,促使XY胎兒分化為雄性,相對地, XX胎兒無SRY基因表現,則分化為雌性。但Y性染色體上的人類SRY基因或老鼠Sry基因,究竟是透過何種機制進行基因表現而促使性分化,則仍然不清楚。

讓專家傷腦筋的新行星

美國的研究團隊發現在太陽系之外有個行星正在形成,該行星離其恆星遙遠,約為太陽到冥王星的距離兩倍之長,該行星座落於長蛇座TW恆星充滿氣體與星塵的原行星盤之中,長蛇座TW的質量約為太陽的55%。 這個滿是塵埃的原行星盤是離我們最近的原行星盤,位於長蛇座,距離地球176光年遠,天文學家利用哈柏望遠鏡觀察太空,並用特別的方式塑造原行星盤的模型。他們發現星盤之中有約個缺口,寬度約20AU,只比形成一顆行星所需的寬度稍大,行星其大小約為6到28個地球的質量。研究團隊認為有充足的證據證明該行星的形成製造了這個缺口。 觀測計畫主持人艾莉絲‧溫伯格(Alycia Weinberger)表示:「長蛇座TW恆星的年紀約500萬到1000萬年之間,現應為行星形成的末期,行星將於原行星盤消逝之前形成……根據現有的科學研究成果,通常離恆星距離越近,行星的生成速度會越快,但是這次的觀察結果卻非如此。」

單一元素準晶的突破性進展

單一元素準晶的突破性進展
國立臺灣大學科學教育發展中心陳藹然博士

日本中央大學新聞2013年12月3日訊

還記得2011年諾貝爾化學獎的得獎研究嗎?以色列化學家丹尼‧謝西曼 (Daniel Shechtman)以準晶體(quasicrystal)的發現,改變了世人對晶體的傳統定義,原來只要原子遵守某種規律排列形成的固體就是晶體,不論是不是有週期性的重複。但是在謝西曼教授的研究中,以合金、高分子或奈米粒子為主,並沒有觀察到單一元素構成的準晶。

準晶和一般晶體不同之處在於,準晶具有5邊形或10邊形的原子排列結構,其結構排列內含黃金比例與費式數列,顯現出另一種「沒有重複的規律性」的美。此外,由於準晶結構的特殊性,加上准晶內化學組成的複雜性,晶體穩定度和特殊物質性質等,依舊迷霧重重。因此,科學家希望回到最簡單的狀態,如果能得到由單一元素組成的準晶,也許就能更加清楚瞭解準晶。

Zn-Mg-HoDiffraction

(圖片來源:維基百科)

抑制早產的有效治療法

抑制早產的有效治療法
國立臺灣大學生命科學系助教范姜文榮

編譯來源:《母体の体質と感染・炎症の相互作用で、早産が起きる仕組みを発見 》

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早產的原因與產婦的體質、年齡、因感染而來的發炎、高齡產婦,以及是否、為體外受精、一次多胚胎移植、一次多胎而導致子宮肌肉過度擴張、子宮頸異常、黃體素降低等有關,一般認為是以上因子彼此複雜交互作用所形成導致。(圖片來源:wikipedia)

早產易造成新生兒死亡或產後機能障礙,即使在醫學進步的現代仍然難以控制,世界上每年有1300萬件的早產及其伴隨著300萬件的死胎,即1年期間的100萬件新生兒死亡中,約有30%是由早產所造成。這些報告顯示早產是個嚴重的問題。

早產的原因與產婦的體質、年齡、因感染而來的發炎,以及是否為體外受精、一次多胚胎移植而導致子宮肌肉過度擴張、子宮頸異常、黃體素降低等有關,一般認為是以上因子彼此複雜交互作用所導致。

目前早產治療方法,如使用子宮收縮抑制劑、抗生素等,僅能限定於特定症狀,為了建立新的早產治療方法,有必要從新的觀點、多面向來進行基礎研究。
日本東京大學醫學研究所領導的研究團隊,認為基因與環境的交互作用是造成早產的主要因子,遂建立抑癌基因p531缺失的模式老鼠進行研究,此種子宮p531基因缺失老鼠約有50%發生懷孕早產,是具有早產體質的老鼠。

同位素發現百年紀念

同位素發現百年紀念
國立臺灣大學科學教育發展中心特約編譯郭冠廷

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REFLECTION
Soddy in his lab at the University of Glasgow.
Credit: University of Glasgow Archive Services, GB0248 UP1/503/1

Frederick Soddy在一百年前的這個月發現:元素可以有幾種原子量。

1913年的12月4日,輻射化學家Frederick Soddy(弗雷德里克·索迪,1877年9月2日-1956年9月22日)提出「同位素」的概念。而Soddy也因此獲得1921年諾貝爾獎的殊榮。

一位早熟的少年

Soddy出生在1877年9月2日英國的Eastbourne,他是一位早熟的少年。在18個月大時,就面臨母親的去世,由信仰加爾文傳統(Calvinist tradition)[1]的堂妹扶養長大,也因此培養出索迪獨立於當代社會與宗教的獨立性思考模式。Soddy曾在Eastbourne學院、Aberystwyth學院Wales分院、Merton學院、Oxford大學就讀。而後於1898到1900之間,在Oxford大學進行獨立研究。

放射性蛻變的發現

1900年Soddy在McGill大學時,成為一名化學界的示威者。與英國物理學家Rutherford共同研究物質的放射性。而在當時,對放射性的瞭解可說是少之又少,而Soddy與Rutherford就已經意識到,放射性的存在,是肇因於元素的衰變。元素衰變時會釋放α-, β-, and γ-radiation。Soddy用化學方法來辨別出衰變的產物。並於1900到1902年之間的時8個月當中,Soddy和Rutherford共同出版了九篇歷史性的文章,文章當中提出了:原子分裂後可以產新的物質。而這正是古代煉金術師們的夢想,因此Soddy稱這個過程為煉金用語中的「蛻變(transmutation)」。

Rutherford和Soddy的放射性理論,解釋了蛻變的發生。他們是首位計算出放射性蛻變的過程中,會伴隨大量能量釋放過程的學者。可惜的是,Soddy因為被誤認為僅是Rutherford底下的年輕助手,而非工作伙伴。因而在這項發現當中,Rutherford獲得大部分的榮耀,而Soddy也因此與1908年的諾貝爾化學講擦身而過。

兩位學者共同提出放射線的存在,並從Uranium-92和Thorium-90出發。這兩個元素的最終產物都是Lead-82。因此兩位學者主張,Helium應該是Radium-88的衰變產物。

水分解新方法

水分解新方法
國立臺灣大學生命科學所周愛鵑/國立臺灣大學科學教育發展中心陳藹然博士責任編輯

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可再生永續能源一直是各國所追求的發展計劃,而其中氫氣因燃燒時僅產生水,對環境友善,被認為極具發展潛力。(圖片來源:flickr用戶laszlo-photo)

可再生永續能源一直是各國所追求的發展計劃,而其中氫氣因燃燒時僅產生水,對環境友善,被認為極具發展潛力。現今生產氫氣有幾個主要的方法,像是藻類或是細菌的生物產氫、利用電力將水分解等方法。其中科學家結合傳統的熱化學產氫法和太陽能,讓熱化學產氫法的熱來自取之不盡用之不竭的太陽能,配合金屬氧化物催化水分解成氫氣,稱為太陽熱能水分解系統。

傳統熱化學產氫法分為兩階段,先進行還原再氧化,兩階段必須在不同溫度下進行,所以系統需要反覆升溫降溫,這中間除了浪費了許多能量,也伴隨耗損觸媒壽命等問題。

兩階段的熱化學產氫法,如溫度擺盪觸媒水分解系統,金屬氧化物觸媒會在1200~1500°C的高溫下進行還原反應,釋出氧氣;而還原態的觸媒會在溫度降低400°C時和水進行氧化反應,伴隨氫氣產生,而觸媒也回到原先的金屬氧化物狀態;系統就在升溫降溫中循環進行還原和氧化反應。

海洋酸化的威脅

海洋酸化的威脅
國立臺灣大學科學教育發展中心特約編譯葉晏如/國立臺北教育大學自然科學教育學系周金城副教授責任編輯

編譯來源:《Ocean Acidification Threatens Economies And Marine》

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海水持續升溫,對珊瑚造成了負面的影響。(圖片來源:flickr用戶USFWS Headquarters)

海洋酸化的證據比比皆是,但這對於海洋中的微生物意味著什麼,我們卻無從得知。2013年美國國家科學院院刊所刊載的一項研究發現,至少有1種珊瑚已無法適應逐漸變酸中的海水。

在加州大學的伊麗莎白‧克魯克(Elizabeth D. Crook),和聖克魯斯(Santa Cruz)的帶領下,研究人員以自然pH梯度膠片,在中美洲猶加敦半島採樣天然的微孔珊瑚。研究人員用電腦斷層掃描來判定其每年的增長率,和因磨損、撕裂或捕食所造成的骨骼侵蝕,此研究歷經4年以上。之後,他們評估此珊瑚與水中碳酸根離子濃度變化與pH關係。

父親是一種天職?

父親是一種天職?
國立臺灣大學科學教育發展中心特約編譯曾郁蓁

編譯來源:Tachikawa, K. S., Yoshihara, Y., & Kuroda, K. O. (2013). Behavioral transition from attack to parenting in male mice: a crucial role of the vomeronasal system. Journal of Neuroscience, 33(12), 5120-5126. doi: 10.1523/JNEUROSCI.2364-12.2013

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當了爸爸後才學會當爸爸嗎(圖片來源:flickr用戶Chris Fleming)

知名廣告人孫大偉曾創造一句廣為人知的廣告語:「我是當了爸爸後,才學會當爸爸的。」當時這句話讓很多人心有戚戚焉,因而蔚為一陣風潮。

女人經歷近10個月艱辛的懷孕過程,逐漸可認知到自己即將身兼母職,因此在小孩呱呱墜地前,多少已對成為母親有心理或身體上的準備。然而男人在生理上沒有辦法經歷這些身體的劇烈轉折,在從男孩轉變為父親的時間點、或生理機制,就留下了一個很大的問號。

以生物學的角度來說,哺乳類動物繁衍下一代的行為中,往往包含一段或長或短的育兒期。在這段時間中,幼兒無法獨力生存,必須依賴父母的哺育和教養才能學會各種生存的技能,以便獨立生活、進而繁衍下一代。而人類在所有哺乳類動物之中,育兒期可說是最長的,而且隨著時代與社會的演變,似乎是越來越長。在這樣的繁衍機制中,父母的對自身親職角色的認知,對孩兒的存活與後續發展便非常重要。

然而,相較於女性有明確的生理改變來促使自己準備成為母親,到底是什麼因素才可以讓男性了解到自己即將成為父親,並展現出照顧的行為?

2013年日本的理研腦科學研究機構(RIKEN Brain Science Institute)發表了一篇神經學研究探討了這個議題,這篇研究是使用小鼠作為研究對象。一般而言,雄性小鼠對陌生幼鼠會出現攻擊的行為,而這種行為非常不利於繁衍。

然而要是讓雄性小鼠和雌性小鼠交配、並在懷孕到分娩之後都與此雌鼠同居,有這種同居經驗的雄鼠在幼鼠出生後,不但不會攻擊幼鼠,他們竟然還會更進一步地開始築巢、或照顧剛出生的幼鼠。也就是說,父職行為的出現與母鼠在懷孕期的共同生活經驗有絕對的關係。可是,會扭轉雄鼠行為的生活經驗是從什麼生理機制來接收呢?這篇研究還發現,犁鼻器(vomeronasal organ)對於雄鼠的父職行為中非常關鍵,因為只要破壞這個器官,雄鼠便不會去攻擊自己的親生幼鼠,反而會展現出照顧幼鼠的行為。

犁鼻器是一種嗅覺的輔助器官,它對賀爾蒙等氣味分子很敏感。當雄鼠未曾交配、也不曾和懷孕的母鼠同居,當他們遇到初次見面的幼鼠,幼鼠的氣味經由犁鼻器經入大腦,會使得雄鼠本能地出現攻擊行為。

然而當雄鼠有了交配、同居雌鼠懷孕生產的經驗後,犁鼻器到攻擊行為的神經路徑就會被抑制,雄鼠才能展現親職行為。而研究者們更發現相應的基因反應,與懷孕的雌鼠同居時,這些嗅覺經驗會關閉特定基因,進而抑制雄鼠的攻擊性,當幼鼠出生後,幼鼠的氣味不會再經由犁鼻器觸發攻擊反應,這些雄鼠便能自然地展現出照顧的行為。

自噬作用與阿茲海默症

自噬作用與阿茲海默症
國立臺灣大學生命科學系助教范姜文榮編譯/長庚大學生物醫學系教授周成功責任編輯

編譯來源:独立行政法人理化学研究所(RIKEN)2013年7月24日訊 <オートファジーが糖鎖の代謝に関わることを発見> 

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阿茲海默症是以腦機能障礙為主的神經退化病症,不僅患者本身,擔負照顧的家人身心也會伴隨著巨大的痛苦與疲憊,是現代社會非常嚴重的疾病之一(圖片來源:flickr用戶pedrosimoes7)

阿茲海默症是以腦機能障礙為主的神經退化病症,不僅患者本身,擔負照顧的家人身心也會伴隨著巨大的痛苦與疲憊,是現代社會非常嚴重的疾病之一,因此希望能早日確立該病症的預防與治療方法。

阿茲海默症的形成原因有許多,一般認為主要原因是腦內的Aβ蛋白質累積,從細胞所排出之凝集Aβ蛋白質,因其不可溶性,會累積於大腦內,形成阿茲海默症特有的老年斑。

細胞內具有能將異常或過剩蛋白質迅速分解與再利用的重要機制,稱為細胞的「自噬作用」。此作用是包括人類在內,生物為維持生命活動、不可或缺的重要機能。在腦部細胞如失去自噬作用,腦內的Aβ蛋白質量上升,也可能會導致阿茲海默症發病。

日本理化學研究所的共同研究團隊,為了瞭解自噬作用與阿茲海默症之間確實的因果關係,他們首先製作Atg7基因缺損而無自噬機能的老鼠,再將此種老鼠與阿茲海默症模式老鼠交配產生雜交鼠,進一步去分析自噬機能缺失,Aβ蛋白質的過度累積與阿茲海默症之間的關係。

他們分別對飼養至20個月大的阿茲海默症模式老鼠與雜交鼠,進行腦內老人斑的累積量調查,實驗結果與預期相反,雜交鼠腦中老人斑的累積量僅為阿茲海默症模式老鼠的七十分之一,顯示自噬機能缺損的雜交鼠,Aβ蛋白質累積在細胞核周圍,而未被排出至細胞外。

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