日期: 2018 年 9 月 3 日

【科學plus】線蟲上太空

微小的線蟲能承受強大的加速度

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秀麗隱桿線蟲。翻攝維基百科

秀麗隱桿線蟲(Caenorhabditis elegans)將成為戰鬥機王牌飛行員,因為牠能夠耐受加速度;這種體長約一公釐的線蟲,廣泛應用於生物學研究。人類飛行員在拉升至4或5G力時就會失去意識(G力是指物體在加速期間所承受的力),但新的研究顯示,秀麗隱桿線蟲在40萬G力下依舊不受影響。
這是重要基準。當岩石因火山爆發或小行星撞擊而飛離行星表面並進入太空時,應該會承受類似的力。任何搭上岩石便車的生物,一旦倖存,理論上可以在另一個行星孕育後代,這就是所謂的「胚種論」(panspermia)。
巴西聖保羅大學的遺傳學家白瑞拉(Tiago Pereira)和狄紹薩(Tiago de Souza)在超高速離心機裡旋轉數百條這種線蟲,他們在1小時之後取出線蟲,認為線蟲將會死去。然而,這些線蟲「自由自在地游動,彷彿什麼事情都沒發生過。」白瑞拉如此表示。超過96%的秀麗隱桿線蟲依舊存活,而且沒有出現任何生理或行為的不良反應。白瑞拉說:「生命所能承受的力比我們知道的還多。」該團隊的成果發表在今年5月《天文生物學》線上版。
但是他們也承認,這種極端測試並不足以完整呈現行星際旅行所產生的衝擊。一方面,超高速離心機耗時5分鐘才能產生這麼強大的G力,但岩石從行星表面飛離時,是在1/1000秒就達到這個力。這項實驗也沒有重現太空中的惡劣條件。「溫度、真空和宇宙輻射等條件也應該加入測試。」未參與該研究、德國海德堡歐洲分子生物實驗室的生物化學家艾庫特(Cihan Erkut)如此評論。白瑞拉表示,他們的研究是個開端,後續還有其他實驗,將拓展我們「對生命極限的了解」。

撰文/《Scientific American》
柯尼 Katherine Kornei

翻譯/宋宜真

資料來源:蘋果日報出版時間:2018/09/03

【科學plus】全球滅蚊行動

蚊子傳染疾病帶來危害,每年因蚊子死亡的人數高達72.5萬人。圖為白線斑蚊。 《蘋果》資料照片

《科學人》獨家授權
每年因蚊子而死亡的人數高達72萬5000人,蚊子成了地球上最致命的生物。氣候變遷和全球化加劇了蚊子帶來的威脅,而蚊子對一般殺蟲劑也產生了抗藥性。病媒防治專家正以各種新方法對抗蚊子,從技術性的陷阱到基因改造策略都有。

全世界的科學家正以新殺蟲藥、誘捕法和遺傳工程技術,對抗蚊媒傳染病的擴散。

我在比爾蓋茲夫婦基金會(Bill & Melinda Gates Foundation)主持病媒蚊防治工作。目前每年因蚊子致死的人數估計約為72萬5000人,相較之下,每年人為事故死亡人數是47萬5000人。在整年都有蚊子活動的地區,包括非洲撒哈拉以南與南美洲、亞洲大部分地區,蚊子也削弱了經濟成長。整體來說,因蚊子致病而死的人數,比人類歷史上因戰爭而死亡的總人數還要多。
近數十年來,氣候變遷和全球化共同加劇了蚊子帶來的威脅,經由蚊子傳播的疾病在許多地方變成越來越普遍的問題,例如美國去年就有約2000人感染西尼羅河病毒(West Nile virus)。過去五年,引起關節劇烈疼痛的屈公病毒(chikungunya virus)擴散到45個國家,有紀錄的感染案例超過200萬人,美國境內也爆發多起大規模疫情。
最佳的病媒蚊防治策略是針對特定病媒蚊,若消滅的數量足夠得以中斷傳染。然而越來越明顯的狀況是,我們現有的滅蚊武器正在失效:蚊子對許多殺蟲劑已經產生抗藥性,例如為了對抗瘧疾而噴灑在蚊帳上的殺蟲劑,而近年的茲卡病毒也是如此。要有效殺害某些種類的蚊子,例如埃及斑蚊(Aedes aegypti),已經變得非常困難,牠們住在我們的居家環境中,只要一點點積水就能夠繁殖。
在病媒蚊傳染病中,瘧疾尤其頑強且致命。2016年,全世界有2億1600萬人罹患瘧疾,其中44萬5000人死亡。瘧疾大量傳播和致死人數令人憂心,因此人們投注了很多心力與金錢來防治瘧疾病媒蚊;2016年,投注在研究與消除瘧疾的經費共27億美元。然而最大的挑戰往往是該在「何處」進行防治:要在蚊子生長的環境中消滅牠們,卻又得盡可能不危害周遭居民和野生動物。於是有了「簷管」(eave tube)的發明;多數熱帶住家的屋頂和外牆頂端之間有一個小空隙,稱為「簷」。蚊子有許多方法找尋獵物,包括透過這道小空隙尋覓人類排放的二氧化碳,再進入住家。過去幾年,研究人員開始推出簷管,在封閉這些空隙的同時也降低了瘧疾的傳播。簷管是簡單而安全的設備,由塑膠圓筒和灑滿殺蟲藥粉的靜電網組成,相當於把人當做誘餌,讓整個住家變成捕蚊器。當蚊子試圖從簷管進入屋內,就會被灑有殺蟲劑的靜電網擋下並殺死。
不過,並非所有蚊子都進入室內吸血,也不是每一戶人家都適合裝設簷管。為此,以色列科學家正發展一種含有殺蟲劑的糖餌,可同時吸引雌蚊和雄蚊。和其他用來殺死成蚊的誘餌相比,蚊子攝食糖餌時,攝入的藥量較多,因為蚊子以為糖餌是維持生存所需的糖份,一隻蚊子可攝食相當於自己體重20%的糖餌。蚊子會不斷飛到這種試驗陷阱(尺寸近似標準印表機用紙),叮咬一層護膜,這層護膜中有許多小室,內含毒糖餌。在馬利(Mali)進行的實地實驗顯示,護膜的微小開孔讓蚊子和其他吸血性昆蟲可進入攝食殺蟲藥,但蜜蜂等授粉昆蟲則被擋在外面。


基因改造蚊子

聯合國支持的另一項計劃,由蘇丹的熱帶醫學研究所(Tropical Medicine Research Institute)進行,研究人員在特殊的飼養設備中大量製造不孕的阿拉伯瘧蚊(Anopheles arabiensis),預備日後釋放。
為了幫助巴西消滅登革熱和茲卡熱病媒蚊,牛津昆蟲技術公司(Oxitec)把實驗室中培育、經遺傳工程改造的蚊子釋放到野外,其基因會讓雌蚊產下的後代死亡。這種基改蚊子到野外交配,快速在族群中散布這種致死性狀。巴西東北的佐傑魯市郊已進行試驗性釋放,九個月內就使登革熱和茲卡熱病媒蚊的數量降低了93∼99%,巴西另外兩座城鎮也回報試驗成功。但這項試驗仍有爭議,批評者懷疑這種方法對環境可能會帶來無法預期的後果。
英國倫敦帝國學院的科學家主張,我們應採用「基因驅動」(gene drive)工具,在蚊子族群中推動特定遺傳快速改變。針對瘧疾防治,這類基改技術可以下手的地方很多,包括改變蚊子使其無法再傳染瘧疾、干擾下一代性別比例或單純殺掉子代。這和透過游離輻射或直接改造基因的不孕性技術很相似,但基因驅動可能只需釋放少量蚊子、經過數代後,就能把改造基因傳遍整個族群。然而基因驅動也有爭議,主要是擔憂對環境造成未知結果,因此目前還未開放任何實地測試。
把蚊子全部消滅是一種幻想。在美國滅蚊最有成效的地區,每年每人花費1∼10美元噴灑殺蟲劑,清除積水、清理吸引蚊子的植物,卻仍無法消滅蚊子。消滅所有蚊子也可能出乎意料地干擾食物鏈及植物的授粉。此外,在科學上已知的3500種蚊子中,只有數百種會叮咬人並傳播疾病,所以使全數蚊子從地球上消滅,未免矯枉過正。我們該期望的是,在特定地區消滅某些關鍵種類,或許是兼顧環境安全的唯一方法。

撰文/《Scientific American》
斯特利克曼 Dan Strickman

美國昆蟲學家,在比爾蓋茲夫婦基金會主持病媒蚊防治工作。


譯者/姚若潔

台灣大學昆蟲學系學士、英國布來頓大學視覺傳達博士候選人。

小啟

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資料來源:蘋果日報出版時間:2018/09/03