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Oct. 25 2018

人類為何無法招架紫外線?原因可能得從恐龍時代說起

  • 人類為何無法招架紫外線?原因可能得從恐龍時代說起

    人類為何無法招架紫外線?原因可能得從恐龍時代說起

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藉由研究一種穴居盲魚的DNA,科學家認為能進一步了解古代哺乳類。

索馬利亞特有的穴居盲眼魚:安氏坑魚。牠不僅失去了視力,也無法自我修復紫外線造成的傷害。牠們與胎盤哺乳類都有這種遺傳特徵,這可能顯示兩者在黑暗環境中生活時有類似的適應方式。
PHOTOGRAPH COURTESY LUCA SCAPOLI AT THE UNIVERSITY OF FERRARA

第一批哺乳類於1億6000萬年前首次出現,當時爬蟲類宰制整個世界。科學家現在認為,哺乳類為了躲避那些可怕的野獸而棲息在黑暗中,這可能在哺乳類的基因裡留下如今依然可見的痕跡。

當時多數哺乳類的體型不比松鼠大,而且只在夜間出沒可能比較安全,因為能避開許多危險動物的尖牙與利爪。

最近於《當代生物學》期刊發表的一項新研究顯示,哺乳類有數百萬年的時間大多生活於黑暗中,這或許能解釋牠們為何失去了幾乎其他生物都具有的感光能力。

這麼說吧,如果你要檢驗某種烏龜、蘭花、珊瑚或甚至細菌的DNA,你會找到一小組特別的基因,這組基因使動物能藉由從陽光中某波段吸收的能量,來修復陽光另一波段造成的傷害。

你可以把它想像成一種太陽能板,既受到太陽光的傷害,又同時能被太陽光修復。

這是一種方便有效的手段,科學家稱為光致活作用(photoreactivation)。奇怪的是,雖然光致活作用在生物很常見,但人類卻沒有這種特徵。其他的胎盤哺乳類也沒有,包括狗、貓、狼獾、鯨魚等動物。

夜行瓶頸

科學家在其他生物都發現如此有利的演化策略,但我們人類卻失去了這種策略,這怎麼可能呢?這個嘛,你或許得歸咎於恐龍,或者至少該歸咎於牠們當時有多麼恐怖。

多數恐龍在黑暗中並不活躍,而胎盤哺乳類在黑暗中生活了那麼長時間,可能影響了牠們演化的方式。科學家將這種理論稱為「夜行瓶頸」(nocturnal bottleneck),哺乳類的各種特徵也支持該理論,例如我們眼睛的形狀、視網膜結構、靈敏的嗅覺及聽覺,這些特徵都表明我們曾長期生活在黑暗中。

德國卡爾斯魯爾理工學院的動物學家尼古拉斯.福克斯說:「當然,除非我們能建造一臺時光機,否則不可能證明〔夜行瓶頸〕。」

不過,福克斯與同事都說,他們已經找到新證據能支持夜行瓶頸理論。在他們的新研究中,發現有另一種動物似乎也失去了以光致活作用修復DNA的能力。

有趣的是,這種動物並非哺乳類,而是一種沒有眼睛的小魚。

↑↑↑↑↑消失近半世紀,這種毛茸茸小動物重返澳洲大陸了!

紫外線照胚胎

這種沒有眼睛的小魚就是安氏坑魚。自從安氏坑魚最後一次見到太陽,已經過了大約300萬年。這是因為讓這些動物生活的水域與地表相連的水體,已經在很久之前就乾涸了,所以牠們轉而適應了完全棲息在水底洞穴的地下生活。

如今穴居魚是外表蒼白帶有淡淡粉色的生物,體型不比萬聖節發送的迷你糖果棒還大。原本眼球該在的位置如今只是一片皮膚。

當然,這些穴居魚不只有這項奇異特徵。雖然安氏坑魚依然擁有光致活作用所需的基因,但牠們似乎無法再活化這些基因。

福克斯的團隊將穴居魚胚胎暴露在紫外線輻射下,作用就如同暴露在太陽散發的紫外線中。這些胚胎的死亡率比控制組的斑馬魚胚胎還高,後者似乎至少能在一定程度上自我修復。科學家也檢測兩種魚的個別細胞,發現斑馬魚細胞在暴露紫外線後能復原,而穴居魚的細胞則無法復原。

「我們的研究顯示了復原能力的程度。」福克斯說:「即使是這些穴居魚修復DNA的能力,也會在這種環境裡持續改變。」

這種現象與哺乳類演化的關聯是什麼呢?福克斯說,這顯示除了哺乳類以外,至少有一種生物在黑暗中經歷許多世代後,也正在失去光致活作用的能力。

情況沒那麼簡單

負責評閱這篇新研究的荷蘭格羅寧根大學演化生物學家羅伊歐夫.胡特(Roelof Hut)說,我們可能正在見證穴居魚「重演」許多年前哺乳類曾經歷的過程。

他說:「利用當前或近期的生物過程,讓我們有機會窺探更久遠的過去,這樣的機會非常獨特。」

不過,胡特強調,雖然這項研究提供新的間接證據顯示哺乳類經歷過夜行瓶頸,但並未證明胎盤哺乳類失去光致活作用的方式與穴居魚相同。

以色列臺拉維夫大學的演化生物學家洛伊.馬奧爾(Roi Maor)說,穴居魚也不是與哺乳類比較的最佳選擇。「這項研究觀察的穴居魚與外界隔離了300萬年。」馬奧爾說:「而我們討論的夜行瓶頸卻發生在至少1億年前,所以這是截然不同的時間尺度。」

馬奧爾也說,雖然古代哺乳類多為夜行性動物,但牠們可能偶爾還是會見到陽光,畢竟牠們並沒有被困在洞穴裡。

但馬奧爾也說,即使有袋哺乳類的先祖也同樣棲息在由恐龍主宰的可怕世界,但牠們仍然擁有光致活作用的基因,這才是最有趣的事。他說,這種差異是「非常有趣的研究領域,值得探索」。

撰文:Jason Bittel

編譯:涂瑋瑛

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