生命科學

烏龜再度打敗了兔子！─纖維素分解的關鍵因子

2014/05/07
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烏龜再度打敗了兔子！─纖維素分解的關鍵因子
國立臺灣大學生命科學系范姜文榮編譯/國立臺灣師範大學生命科學系李冠群副教授責任編輯

編譯來源：やはりカメはウサギに勝る

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分解速度如「烏龜」般的纖維素酶，由於吸附性較強且能不斷進行分解反應，反而比如「兔子」般反應快速的纖維素酶更適合去分解結晶性纖維素。

纖維素1是植物細胞壁的主要成分，是地球上現存最多的生物資源，因此世界各地許多研究者，正在研發將纖維素變換或製造成較易利用的酒精或有機酸。但纖維素具強鍵結的分子鏈，聚集成結晶構造，導致纖維素分解酵素-纖維素酶的分解效率低。

黴菌等絲狀真菌微生物，在自然界中以樹木或雜草為營養源，擔任分解者的角色。這些微生物能製造具有管狀構造的纖維素酶，它的特殊構造對分解結晶性纖維素相當重要。黴菌纖維素酶的管狀構造較其它絲狀真菌的纖維素酶為長，因此，兩者之纖維素酶的性質相異。但纖維素酶分解纖維素的反應，因為不溶性的結晶性纖維素與水溶性的產物形成固體與液體二相共存的「不均勻系」，實際反應作用分子與不反應分子同時混合在反應系統內，所以過去所使用的分解活性測定法，難以評估酵素分子的性質。

因此日本東京大學農學生命研究所與金沢大學的共同團隊，使用「高速原子力顯微鏡3」觀測各個酵素在分子層次上的運動模式。並研究黴菌Trichodarma reesei 所製造的纖維素酶TrCel7A、以及另一種真菌Phanerochaete chrysosporium 所製造的兩種纖維素酶 PcCel7C與 PcCel7D，藉由比較這3種酵素的分解反應速率和連續分解反應的次數，以解析影響結晶性纖維素分解的重要因子。

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子宮內膜異位 (Endometrosis) ─ 中

2014/05/07
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子宮內膜異位 (Endometrosis) 中
臺中市雙十國中自然領域王淑卿教師

連結：子宮內膜異位(Endometrosis)  上

  • 形成子宮內膜異位的原因

子宮內膜細胞為何會轉移到子宮外生長發育，至今仍不是很清楚；但大致可歸納出下列幾種理論：

  1. 經血逆流 (retrograde menstruation)：1921年美國婦科醫師桑普森(John Albertson Sampson)最早提出子宮內膜異位症，並以經血逆流理論說明。子宮收縮排出經血時，將剝落的子宮內膜細胞，經由狹窄的子宮頸排出體外，同時造成經血逆流，導致子宮內膜細胞經由輸卵管侵入卵巢、骨盆腔或是腹腔中組織生長發育，形成子宮內膜異位（如圖一）。研究發現子宮內膜異位症患者的腹膜組織細胞的緊密連接(tight junctions)有消失的現象。真正機制尚不詳，可能與遺傳因素、毒素、或免疫系統受損有關，因為許多女性月經逆流卻沒有子宮內膜異位。
  2. 血管生成 (vasculogenesis)：有的子宮內膜細胞組織會隨著子宮的血管和淋巴管，轉移到身體的其他器官生長發育，如腸道、膀胱、肚臍、肺和淋巴結等處生長發育，形成子宮內膜異位。
  3. 體腔上皮化生 (coelomic metaplasia)：體腔上皮細胞發生不正常變化。子宮內膜組織細胞的碎片在經期時，會剝落到處移動，正常的身體會由白血球和淋巴球將之吞噬殆盡；但少數女性，身體無法吸收過多的內膜組織，於是有些內膜組織細胞就附在人體的其它組織，例如卵巢、膀胱、大腸、直腸等。血液的積聚會導致腫脹，引起發炎反應。以胚胎學而言，體腔上皮細胞是子宮內膜和腹膜細胞的共同發育來源，造成細胞發生不正常變化可能是自體免疫缺損或身體發炎所致。另外也有研究發現懷孕或長時期服用避孕藥者罹患此病機率較低，因此認為可能與荷爾蒙分泌有關。
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子宮內膜異位 (Endometrosis) ─ 上

2014/05/06
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子宮內膜異位 (Endometrosis) 上
臺中市雙十國中自然領域王淑卿教師

子宮 (uterus) 是女性產生月經和孕育胎兒的生殖器官，構造包括子宮本體和子宮頸 (cervix)。子宮位於骨盆腔內，由骨盆筋膜 (endopelvic fascia)、韌帶 (ligaments)和周圍肌肉群將子宮牢固的懸吊在骨盆壁上而不至於脫垂。

  • 子宮內膜的位置與功能

子宮的構造由外到內可分為三層：子宮外膜，子宮肌層，子宮內膜。子宮外膜位最外層，是腹膜的一部分；子宮肌層屬於平滑肌，是構成子宮的主要部分；子宮內膜是子宮肌層最內層的內襯黏膜組織，包括淺表的功能層內膜和深部的基底層內膜，前者約占4/5厚度，後者較薄約占1/5。

大部分的哺乳類於性功能成熟但尚未懷孕時，子宮內膜會定期增生、剝落或吸收，人類的變化週期約28天，形成所謂月經週期 (menstrual cycles)。進行月經週期的子宮內膜，其功能層會剝落然後增生，基底層則不會剝落。基底層內膜若有損傷，會導致子宮內膜組織纖維化形成子宮粘黏 (adhesions) 或內部疤痕組織 (internal scar tissue)，影響子宮內膜的功能，降低胚胎著床受孕的機會。

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檸檬酸循環

2014/05/05
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檸檬酸循環 (Citric acid cycle)
國立臺灣師範大學生命科學系黃盟元博士

檸檬酸循環（citric acid cycle）亦稱三羧酸循環（tricarboxylic acid cycle，TCA cycle），是生物體內普遍存在的生化反應途徑，因為在這個循環中幾個主要的中間代謝物是含有三個羧基的檸檬酸，因此得名；再者，因為發現者為漢斯克雷伯（Hans Krebs），所以又稱為克氏循環（Krebs cycle）。檸檬酸循環是三大營養素－醣類、脂類及胺基酸的異化代謝通路，又是同化代謝的樞紐。

真核生物的粒線體基質和原核生物的細胞質是檸檬酸循環發生的場所。檸檬酸循環的兩個主要目的是增加細胞中提供能量的腺苷三磷酸（ATP）以及提供細胞合成醣類、脂類、胺基酸等物質的前驅物。在進行檸檬酸循環前，反應物（六碳醣）首先經由醣解作用（glycolysis）轉變為三碳醣的丙酮酸（pyruvate）。

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易受害物種（Vulnerable species）

2014/05/02
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易受害物種（Vulnerable species）
國立臺灣師範大學生命科學系碩士生 蔡翠菱

世界自然保育聯盟（IUCN）所頒布的世界自然保育聯盟瀕危物種紅皮書中，根據其瀕危程度將物種分別列入九個級別：絕滅（EX，extinct），野外絕滅（EW，extinct in the wild），極危（CR，critically endangered），瀕危（EN，endangered），易危（VU，vulnerable），近危（NT，near threatened），無危（LC，least concern），數據缺乏（DD，data deficient），未評估（NE，not evaluated）。而其中又將極危（CR）、瀕危（EN）及易危（VU）此三大類列為受威脅（threatened）的種類。

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發現世界最小的多細胞生物(The Simplest Integrated Multicellular Organism)

2014/05/01
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發現世界最小的多細胞生物(The Simplest Integrated Multicellular Organism)
國立臺灣大學生命科學系范姜文榮編譯/國立臺灣師範大學生命科學系李冠群副教授責任編輯

編譯來源：世界最小の多細胞生物の発掘

目前認為多細胞生物是由單細胞生物進化而來。與綠藻綱群體性的團藻目1親緣關係相近的生物群，從單細胞的單胞藻到500個細胞以上所組成的團藻，存在單細胞生物至多細胞生物的中間物種，因此被認為是研究從單細胞生物進化至多細胞生物的模式生物群。

多細胞化(日本語)

圖一 : Tetrabaena socialis
來源 : http://www.s.u-tokyo.ac.jp/ja/press/2013/images/47/02-b.jpg

東京大學理學研究所的研究團隊，以解開進化生物學上從單細胞生物轉變為多細胞生物的機制為目的，將研究焦點置於細胞數目最少的群體性團藻目Tetrabaena socialis， 其個體僅由4個細胞組成，是廣泛分佈於世界各地的淡水藻類，4個細胞聚集排列整齊如四葉片型(圖一)。根據最近研究認為，Tetrabaena socialis是群體性團藻當中最初期出現的（距今約2億年前）。

包含Tetrabaena socialis在內的群體性團藻目，其細胞與單細胞生物的單胞藻類似，透過細胞壁結合在一起。但是多細胞生物要成為一完整個體，各細胞都須具有全體的一部分之機能，採取與單細胞生物相異的細胞構造。另外，群體性團藻的生殖細胞，藉由細胞分裂，增殖至與親代相同的細胞數，成為次一世代的子群體。該過程剛分裂完成的子細胞個體間，能互相聯絡，形成多細胞個體的外形結構。在細胞數量較多的群體性團藻，其子細胞間藉由「原生質間橋樑2」結構來進行訊息聯絡。其「個體部分的細胞結構」與「細胞間的聯絡構造」二種不同特徵，被認為是多細胞生物基本且重要的要素。

他們首先確立Tetrabaena socialis的藻類培養方式，並藉由免疫螢光染色法3來觀察染色的特定蛋白質結構，證實該藻類與單胞藻的特徵不同。單胞藻具有旋轉對稱的鞭毛結構，但Tetrabaena socialis 與多細胞生物的群體性團藻相同，具有非旋轉對稱的鞭毛結構，它的4個細胞都各自有多細胞個體的一部分機能。經進一步藉由穿透式電子顯微鏡觀察Tetrabaena socialis 的子細胞發育過程，發現子細胞間藉由「原生質間橋樑」互相聯絡。

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庇護物種（Umbrella species）

2014/05/01
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庇護物種（Umbrella species）
國立臺灣師範大學生命科學系 蔡翠菱

13_umbrella近年越來越受到關注的「庇護物種」（umbrella species）概念，提供給維持生物多樣性的保育工作一個計畫依據。當你去保育庇護物種的生存環境後，連帶的將保護這個棲地範圍內的其他物種。

  • 何謂「庇護物種」？

庇護物種指的是單一個物種，此物種的特色通常是在群集中廣泛分布的一個物種，而且可以表現出部分或全部物種的需求。也就是說，此一物種對於棲地的需求與其他生存在此群集中的他種生物相似。而且通常會選擇對於特定棲地環境品質要求較高或較敏感的物種，當環境變動或棲地惡化時，一般最早消失的物種。也是說，當確保這些族群可以存活後，在同一棲地中的其他物種的存活應該也可以維持穩定。

庇護物種大多為大型哺乳類和鳥類，例如北美洲西部森林的西點林鴞就曾被作為庇護物種以保育演替後期的森林群集；目前也漸漸有一些無脊椎動物被列在庇護物種清單中，例如將受威脅的蝴蝶列入庇護物種，保護此庇護物種進一步去保護其賴以維生且已受到威脅的草原生態系。

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杏仁核 -下

2014/04/30
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杏仁核 (Amygdaloid) -下
臺中市雙十國中自然領域王淑卿教師

連結：杏仁核 -上

  • 情緒調控的路徑

1986年起，紐約大學的R. G. Phillips 和 J. E. LeDoux利用老鼠進行一系列實驗，探討恐懼制約（fear conditioning）和杏仁核的關聯，並提出調控情緒的兩條路徑：第一條是從視丘直接連結到杏仁核的視丘－杏仁核路徑（thalamo－amygdala route），可迅速且即刻地處理刺激的知覺訊息，但常無法正確精準的反應；第二條由視丘傳到大腦皮質（cerebral cortex）後再傳到杏仁核的視丘－大腦皮質－杏仁核路徑（thalamo－cortico－amygdalaroute），反應時間較長，但因為可進一步分析刺激的知覺訊息，產生較詳細與具體的連結，產生的反應較合理。

調控情緒的兩條路徑，前者刺激到稱為「情緒的腦（the emotional brain）」的杏仁核後直接產生反應，就演化而言，該路徑是一種保護機制，讓動物在認知理解外界資訊之前立即做出反應，例如攻擊或逃跑等，這種直覺未受理智控制，常會導致瞬間的情緒無法控制，比如厭惡、憤怒、恐懼、甚或狂喜等。誠如LeDoux所說的，情緒常是獨立於理智之外的；後者經稱為「認知的腦（the cognitive brain）」的大腦皮層的思考後才反應，反應較慢。相關研究發現腦部疾病的病患，若移除杏仁核，是無法辨識臉部的情緒，尤其是恐懼的臉孔。Tim Dalgleish透過腦造影儀器的研究在 2004年發表情緒腦（The emotional brain）文中證實，杏仁核在情緒調控上扮演重要的地位。

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遺傳漂變

2014/04/30
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遺傳漂變 (Genetic drift)
國立臺灣師範大學生命科學系研究助理林如愔

在族群中，只會有一部分的個體有機會繁衍後代，傳遞他所攜帶的基因，原因並不是他比其他個體優秀，只是純粹機率問題。這種隨機率產生的遺傳漂變是無可避免的，可以發生於所有的生物族群。遺傳漂變屬演化的基本機制，與天擇、突變、遷徙並列，而遺傳漂變究竟是如何發生的呢？

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圖一 遺傳漂變的發生

在小族群中，特殊等位基因的出現頻率可能偶然地發生徹底的改變，某些等位基因可能全部由少數幾個個體攜帶，如果這些個體未能成功繁衍子嗣，便使得這些等位基因意外地遺失。如圖一中意外被踩死的綠色甲蟲，使得綠色甲殼的等位基因在這個小族群出現的頻率下降（意外地），這種等位基因頻率發生隨機變化，如同頻率漂變，即稱為遺傳漂變（genetic drift）或是等位基因漂變（allelic drift）。綠色甲蟲的例子是將問題過度單純化，現實中更多等位基因頻率的改變是不會表現在生物的外觀上，所以遺傳漂變其實一直都在發生。

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