超級嗅覺鼠

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Whodenie / flickr

 

有沒有想過為甚麼你經過賣香水的地方會嗅到某種香味?或是你每天起床沖咖啡的時候會嗅到咖啡香味?那是因為這些氣味的分子經過空氣進入我們的鼻子,然後和嗅覺感受器 (olfactory receptor) 結合,訊號經過嗅覺神經元傳入我們的腦部後,腦部便告訴我們是那一種氣味。

但是我們的嗅覺系統非常複雜。雖然現在科學家已知道小鼠有大概1200種嗅覺基因,而人類只有大概350至400種。但至於那一類嗅覺感受器接收那種氣味,或者腦部如何分辨某種物質是甚麼氣味,科學界中所知的仍然不多。

其中一個關鍵的問題,便是同一種嗅覺感受器接收所有的氣味,還是不同的嗅覺感受器接收不同的氣味後,把訊號傳遞到腦部?在嗅覺研究中,科學家發現大約0.1% 嗅覺神經元連接着同一種嗅覺感受器。而同一種嗅覺感受器接收某一種氣味後,便會把有關的訊號傳送到腦部分析。

於是,美國Hunter College 的科學家嘗試問一個問題,如果能在小鼠身上大量表達同一種嗅覺感受器及神經元,那麼牠們會否對某種氣味的敏感度增加?他們利用基因改造的方法在小鼠的嗅覺系統大量表達一種名為 「M71」的嗅覺感受器,而這種嗅覺感受器可以探測到一種叫做苯乙酮 (acetophenone) 的化學物質。在螢光顯微鏡下,科學家確定基因改造的小鼠大量表達了這種嗅覺感受器。換算來說,如果普通小鼠100萬個的嗅覺神經元裏有2百個「M71」嗅覺感受器,那麼基因改造的小鼠便有1萬個 「M71」嗅覺感受器。他們甚至可以把人類的其中一種嗅覺感受器表達在小鼠身上。

那麼,如何測試增加了嗅覺感受器和神經元會否增強對氣味的敏感度?

科學家利用 「躲避行為實驗」方式來測試,他們把不同濃度的化學物質加入水中,而這些化學物質會令喝了這水的小鼠感到胃部不適。因此,如果小鼠能嗅出水中的味道,便會懂得迴避而不再喝水。結果發現,基因改造的小鼠比普通小鼠能嗅出低100倍濃度化學物質的水。實驗證明,增加了嗅覺感受器和神經元會增強小鼠對氣味的敏感度,從而避開牠們不喜歡的氣味。

超級嗅覺鼠有甚麼用途?硏究團隊解釋,這些能對某種氣味極靈敏的小鼠經過訓練後或許可以嗅到地雷或炸彈的化學物質,減少不必要的人命傷亡。由於他們也能成功把人類的嗅覺感受器表達在小鼠上,這種超級嗅覺鼠或者能為人類嗅覺的硏究提供一個重要的硏究平台。

 

參考文章:

Science. These ‘supersniffer’ mice could one day detect land minds, diseases

Charlotte D’Hulst et al. MouSensor: A Versatile Genetic Platform to Create Super Sniffer Mice for Studying Human Odor Coding. Cell Reports (2016)(DOI: http://dx.doi.org/10.1016/j.celrep.2016.06.047)

如何製造一條魔鬼魚?

美國哈佛大學的生物工程學家柏加教授 (Prof. Kit Parker) 有一天帶着女兒到水族館參觀。當他的女兒想伸手觸摸水族箱裏的魔鬼魚的時候,那條魔鬼魚便逃跑了。這樣一個自然的動作令柏加教授有一個想法: “我們可不可以製造一個以肌肉為主的機械系統?”

接下來的日子,柏加教授和他的團隊便開始設計這條小型的軟組織機械魚。這條體積比一個五毫子還要小的人造機械魚,其實一點也沒有機械的成份。牠是由四層物料組成,包括最外層、以魔鬼魚為外型的3D彈性軟膠外殻丶一塊薄金片支架丶一層薄的彈性物料丶以及一層為數20萬、以纖維蛋白連着的大鼠心肌細胞。

心肌細胞是組成心臓肌肉的主要細胞,而心臓的跳動便是由這些心肌細胞有節奏的收縮及放鬆所帶動。心臓有系統的跳動便能把血液推向全身。科學家選擇這些細胞的原因,是這些細胞的收縮及放鬆的原理和心臓跳動的原理一樣,可以推動魔鬼魚的軟膠驅殻向前。

這條魔鬼魚既沒有安裝電池,也沒有其他發電裝置,牠是如何游動的呢?科學家利用基因工程使這些心肌細胞能對光源刺激有反應。因此,當光源放在魔鬼魚前面的時候,心肌細胞便能作出反應而收縮,並帶動魚鰭向下。而薄金片支架的設計,可以把細胞收縮的能量儲存,並在細胞放鬆的時候像彈弓一樣釋放出來,帶動魚鰭向上。

科學家利用光源,甚至可以控制人造魔鬼魚游動的方向,使之避過障礙物。不同頻率的光更可以令魔鬼魚有不同的游動速度。實驗證明,即使魔鬼魚“誕生”6天後,牠仍然可以保持最初游動的八成速度。

由於心肌細胞是由大鼠而來,因此人造魔鬼魚需要放在溫度37ºC的生理鹽水以及利用葡萄糖作為能源。但是細胞本身質地脆弱,也很受外在環境影響,而細胞生長到某個階段也會自然死亡,因此距離製造複雜和以活細胞為主的人造生物仍然有很大的挑戰。但肯定的是,這樣的一個可以自我推動的半生物合成體,會對製造人工心臓或人工生物的研究踏上重要的一步。

參考文章:

http://www.sciencemag.org/news/2016/07/robotic-stingray-powered-light-activated-muscle-cells

Phototactic guidance of a tissue-engineered soft-robotic ray (http://science.sciencemag.org/content/353/6295/158)

雕蟲…絶非小技

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Photo credit: Levon Biss

昆蟲對一般人來說,可能只是一些煩厭而無關痛癢的小動物。但對於英國人畢士 (Levon Biss) ,昆蟲是他攝影生命的一個重要部份。

畢士是一名專長攝影運動人像的專業攝影師,他的作品亦曾刊登於時代雜誌封面。畢士經常外出公幹,他希望有些攝影項目可以在他不用公幹的空檔去做。由於家裏空間有限,他只能拍攝一些體積較小的對象。有一天他的兒子在花園捉了一隻昆蟲,便促成了他拍攝一個以昆蟲為題材的微雕塑計劃(microsculpture)。

畢士利用他那3600萬像素的攝影機接駁到一個顯微鏡,然後把昆蟲分為大概30個部分。由於微距攝影景深有限,為了能拍攝超高解象度的微距相片, 畢士拍攝完一個圖像之後,把相機推前10微米(即大概頭髮直徑的七分之一的距離) 才拍攝下一幅相片,最後像砌圖一樣把每一幅相片拼貼起來。一幅完整的昆蟲作品大概由8千至1萬幅這些微距相片合併而成,而拍攝昆蟲不同部份 (例如眼或觸角) 的光源都要重新調較,他更要把拍攝下來的立體影像壓成二維影像。一幅昆蟲作品大概需要2至3個星期才能完成。

畢士分享部份圖片給牛津大學自然歷史博物館昆蟲部館長賀根博士 (Dr. James Hogan) ,當畢士把昆蟲圖片在電腦屏幕上放大再放大的時候,作為昆蟲學家的賀根博士看到那種鉅細無遺的昆蟲結構,實在令他感到驚訝。

牛津大學自然歷史博物館擁有全英國第二大的昆蟲收藏量。賀根博士決定借出部分收藏讓畢士拍攝。但選擇甚麼昆蟲作拍攝用途一點也不容易,因為選擇的條件要考慮昆蟲的形狀丶顏色以及樣本的完整性等。而樣本也不能太過脆弱,並能容易清理,因為即使一粒微塵也能影響圖片的質素。

整個項目歷時兩年。畢士及博物館都希望把這些相片舉辦一個展覽,讓市民大眾可以用一個全新的角度認識昆蟲。為什麼這麼小的昆蟲竟然有這樣精細的結構? 某些結構是否有特別的功能?也許透過這種特別的微距攝影技術,可以讓大眾丶甚至昆蟲學家對昆蟲有前所未有的看法。

昆蟲微雕塑作品現正在牛津大學自然歷史博物館展覽,在英國的朋友有空可親身看看,或到以下網址欣賞部份作品。http://microsculpture.net/

(Photo source: Levon Biss)

 

貝殼也有癌症?

美國哥倫比亞大學的科學家最近在貝殼類動物發現一種有傳染能力的癌細胞。而這種癌細胞在海洋環境裏具有傳染能力,這項發現挑戰現今科學界對癌症的認識。

癌細胞的產生是由正常細胞的基因突變而導致不正常生長的細胞。部份癌細胞更有能力擴散到身體的其他部份。一般來說,癌細胞沒有傳染性。雖然在大自然裏,過往曾有科學記錄癌細胞在同一個物種傳染不同的個體,當中包括袋獾 (Tasmanian devil; 一種生於澳洲塔斯曼利亞的袋類動物)丶狗隻以及軟殼蛤(soft-shell clams),但都屬於比較罕見的情況。而今次科學家在三個貝殼類動物,包括加拿大的哥倫比亞海岸的青口(mussels)丶歐洲近西班牙的伊比利亞海岸(Iberian Coast)的黃金地毯蜆殼 (golden carpet shell calms)及加拿大近溫哥華的西北海岸兩個不同地方發現的蚶 (cockles)身上,都發現有類似的情況。

科學家在這些貝殼類發現一種類似血癌的疾病。這些體型特別大而數量甚多的癌細胞,經過貝殼的循環系統擴散至身體其他組織。科學家分別在正常及有癌細胞的貝殼抽取組織以及血細胞,並對線粒體及細胞核進行DNA標記測序。結果發現這些癌細胞與宿主的DNA序列相似度甚低。相反,不同貝殼類的癌細胞的DNA序列相似度則非常高,證明癌細胞能在不同個體身上互相傳染。

科學界一般認為在大自由然裏,癌細胞能由一個個體傳到另一個個體的情況並不多見。但是今次硏究卻發現,這些可傳染性的癌細胞在海洋環境中比想像中普遍。除了在同一物種裏的不同個體傳染之外,科學家更首次發現癌細胞可以從一個貝殼類物種傳到另一個貝殼類物種,即跨物種的傳染。

由於一般貝殼類都不會移動,而牠們都是濾食性動物 (即以過濾性方法攝取海裏的浮游生物作為食物)。因此科學家估計這些癌細胞可能透過海水傳染。但傳染的機制,以及跨物種的癌症免疫過程,都需要進一步硏究。

值得強調的是,科學家只是在大自然發現這種情況。至今仍然沒有證據證明這種癌細胞會傳染人類,更沒有證據顯示吃下這類海產會對健康構成影響。

參考文章: Nature: Infectious shellfish cancers may jump across species

延伸閱讀: Tasmanian devil facial tumor disease wiki

 

英國科學家如何看脫歐公投?

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Photo credit: home.bt.com

熱論多時的英國脫歐公投正在進行。支持及反對的英國公民正在依着自己的意願行使公民的權利。據最新的民意調查,支持留歐的佔48%,支持脫歐的佔46%。

究竟英國的科學家支持還是反對脫歐呢?

據權威科學雜誌《自然》調查接近2000 住在英國及歐盟的科硏人員,當中接近八成支持留歐,只有一成四支持脫歐。

包括著名物理學家Steven Hawking 在內的150名擁有皇家學會院士資格的劍橋學者聯署支持留歐, 主要原因覺得脫歐會對英國科學成就造成傷害,而脫歐將會是”英國科學界的災難”。

英國大學的硏究經費的一成半是從毆盟而來。而硏究人員可在歐盟成員國自由工作而沒有限制。但是科硏除了錢最重要的還是人材,其實有很多好的硏究員都來至歐盟國家,包括那些獲得歐盟研究撥款的年青學者。

現在大型的科學硏究一般都會是跨國進行。記得在英國讀書的時候,認識一位硏究粒子物理博士生朋友,幾乎每天早上都跟他吃飯早餐𣈱談。他的硏究便是測試上帝粒子存在的大型強子對撞機 (Large Hadron Collider) 的其中一小部份 。團隊部分理論工作在英國做,實驗在瑞士CERN做,而他本身是德國人。歐盟學生在英國讀書的學費是本地生的學費水平,即外國留學生的學費的十分之一。如果英國脫歐,恐怕這些歐盟學生再沒有如此優待了。

無論如何,是去是留,都是人民經民主過程得出來的結果。公投結果會大概在香港時間星期五下午公佈。

God save the Brits!

 

從美國名牌高中看赢在子宮裡

收看大台的真人Show,一位年輕媽媽激動的對著鏡頭說:”我要未出生的女兒要赢在子宮裡,要讓她早點適應競爭。”
香港競爭力全球排名數一數二。原來,競爭早已在射精那一刻開始。
我曾在加州矽谷工作兩年多,住在Palo Alto。那是甚麼地方?那是矽谷才俊聚集的地方,連楊局長都見過的那位Steven Jobs住的地區,Facebook 教主Mark Zuckerberg和Yahoo CEO Marissa Mayer都住在那裡。
Palo Alto 住戶每年收入的中位數是大概$12萬美金 (即大概港幣94萬),是整個加州住戶的每年收入中位數的兩倍。
Palo Alto的其中兩間高中,一間叫Henry Gunn High School,另一間叫Palo Alto High School。著名美國華裔藍球林書豪便是在Palo Alto High School 畢業。兩間學校的學生成績斐然,SAT(美國大學入學試) 成績比起整個加州的平均SAT 成績高200分。平均每年有20個學生進入附近的史丹福大學 (Stanford University)。
Palo Alto地區是Santa Clara縣的一部份。而這個縣有另外一個驚人的記錄。在2010至2014年期間,Santa Clara平均有20個年輕人死於自殺。
那麼,Palo Alto 地區年輕人的自殺率有多高呢?據估計,是全國的平均自殺率的五倍。
我認識的朋友,身邊不乏專業人士。其中一個,見高拜見低踩,虛假到一個點。另外一個,名牌大學畢業,有接近完美的CV,但卻完全不懂人際關係,他便是宇宙的中心,其他人都是錯的,他自己完全無問題。
今時今日,價值觀扭曲到一個令你心寒的程度。不但成功需父幹,赢在起跑線,更要赢在子宮裡。
如果,你的小朋友,能赢在射精前。那麼,我恭喜你。
不過,希望他們分裂成細胞時,不要輸掉了童年和人生。

減碳環保水泥

 

溫室效應一向是令人關心的議題,而工業化產生的溫室氣體 (Greenhouse gases) 正是溫室效應的元兇。

溫室氣體最主要的來源是二氧化碳 (Carbon Dioxide)。而我們住的樓宇丶道路都需要石屎及水泥而建。每噸水泥產生的化學過程中,便產生差不多一噸的二氧化碳 。據統計,生產水泥所排放的二氧化碳,便佔了現有二氧化碳總排放量的5-7%。因此,如果能在生產成本水泥的過程減低二氧化碳的排放量,則有助減低溫室氣體的排放。

由工程師及化學家組成的美國加州洛杉磯分校的科硏團隊想到一個獨特的方法,可以把生產水泥過程中所釋放出來的二氧化碳循環再用。他們將其液體化及變成超級臨介點狀態1,而這個狀態的二氧化碳會碳化氫氧化鈣 (Ca(OH)2)而形成碳酸鈣,即石灰石(Limestone)。

現時的水泥生產化學過程由大概需要28天,而新發明的“無二氧化碳水泥”生產化學反應只需三小時便完成,大大減低了生產成本時間。

除了希望這種技術能應用在美國,科硏團隊也希望能減少中國和印度二氧化碳的排放,因為這兩個國家的二氧化碳排放量是世界最高的國家。

這種新的水泥材料,生產量只是限於實驗室規模,仍需要有大量測試。由於化學過程需要在高壓及低溫的環境下進行,成本可能比現有的水泥較高,科硏團隊也希望能大量生產成本並能推出市場。

 

1超級臨介點 (supercritical point)狀態 – 任何物質在它的臨介點以上的某個溫度及壓力的條件下,並沒有明顯的液態及氣態之分。

 

參考文章及網站:

  1. Direct Carbonation of Ca(OH)2 Using Liquid and Supercritical CO2: Implications for Carbon-Neutral Cementation. I&EC Research. 2015, 54(36), 8908-8918. Kirk Vance, Gabriel Falzone, Isabella Pignatelli, Mathieu Bauchy, Magdalena Balonis, and Gaurav Sant
  2. http://www.co2upcycling.com/
 Video Source: Futurism Youtube

 

飛天蜘蛛俠

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Gustavo Fernando Duran / flickr

星期一到英國文化協會辦的咖啡科學館系列講座,英國Sussex大學的Prof. Jonathan Bacon說了一堂有趣的課。Bacon教授是神經科學的教授,但他的另一個興趣則是研究南美州一種名為Parawixia bistriata的蜘蛛。這種蜘蛛腹部兩傍呈紅色,生長於巴拉奎丶巴西及阿根廷一帶,白天結集在一起,晚上出動捕獵。

眾所週知,我們認識的昆蟲如螞蟻和蜜蜂,牠們在群體中有著不同的角色,互相傳遞訊息以合作取得食物。但印象中蜘蛛從來都不是群體的動物,牠們甚至乎殘忍到會把自己的同類吃掉。有趣的是,達爾文在他的遊記Voyage of The Beagle中,便記載著200年前他在阿根廷觀察到這種蜘蛛是一種群體動物。問題是,蜘蛛會否像螞蟻或蜜蜂一樣彼此合作取得食物? 而牠們合作的模式又是怎樣?

Bacon教授嘗試在這種蜘蛛身上找到答案。於是他每年夏天都會和他的博士生到南美巴西San Paolo以南大概 200-300 公里的一個地方作考察。

教授和他的團隊觀察到蜘蛛從不同高度先吐出一些比較粗的絲到附近的樹枝,形成幾條平衡的通路。然後,其他蜘蛛便會爬到這些通路上,並在不同的地方開始結網,情況便好像幾條平衡的高速公路,而中間隔著不同大小的房屋。這些網連著橫方向的通路,便形成一個大蜘蛛網,尤如一個小城市。團隊稱這些在通路中間結網的蜘蛛為住客蜘蛛 (Resident)。而那些沒有爭到地盤結網捕獵食物的蜘蛛,團隊稱為入侵者蜘蛛 (Intruder)。

如果入侵者蜘蛛走近住客蜘蛛築好的網,住客蜘蛛會彈跳牠們的網,意思是告訴入侵者蜘蛛:「這是我的地盤,請你離開。」團隊觀察到住客蜘蛛在築網最初的15-20分鐘,彈跳次數較為頻密,但當蜘蛛網差不多完成的時候,彈跳次數明顯下降。

但數以百計的蜘蛛,並非每一隻蜘蛛都能爭取到位置結網,如果牠們無法爭取到地方結網,那是否意味著那天牠們便不能分享食物?

原來,那些沒有網的入侵者蜘蛛通常不會搶地盤,但也不會離開,而是在附近徘徊。當有大型獵物被蜘蛛網困著時,附近的入侵者蜘蛛便會趕到獵物的網,並吐出絲幫忙住客蜘蛛綑綁著獵物。而入侵者蜘蛛最後往往都能分享到部份的食物。

那麼,究竟是住客蜘蛛和入侵者蜘蛛的身份是誰決定呢?是根據輩份、性別?還是某隻蜘蛛比較有侵略性、比較肚餓或跑得快便可以成為住客蜘蛛?教授說他暫未有結論,還要繼續觀察,也許要明年夏天他再到南美才有答案。

直到現在,科學家一共發現有大概41000個品種的蜘蛛,而當中大概有50個品種擁有高度合作性的社會行為。如果你有機會在大自然看到蜘蛛,不防停下來觀察一下,看看牠們是否合作無間的飛天蜘蛛俠?

 

參考文章:

  1. Wenseleers et. al. Bourgeois Behavior and Freeloading in the Colonial Orb Web Spider Parawixia bistriata (Araneae, Araneidae) The American Naturalist 2013: 182, No. 1
  2. Flying spiders Youtube

 

 

二手書店

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Photo source: Oxfarm Bookshop UK website

書式生活這間二手書店,位於灣仔碼頭地盤中間會展繞道走十幾分鐘才到達的新碼頭。老實說,如果不是100毛呼籲幫忙快將結業,是不會有人知曉書店的存在的。

書店地方不大,書架上都放滿書,連地上都放滿一堆堆的書。店內大多是亦舒瓊瑤一類的小說、簡體字書、又或十幾年前的教科書和一堆堆賣不出去的書。我明白,在拜金社會裏,經營書店艱難,經營二手書店,更難。

我只勉強逛了十分鐘便離開。只嘆,購買二手書,講緣份。

在英國的時候,最愛逛的其中一個地方,是Oxfarm 的二手書店。縱使一走進去有一股書的霉味,但有如走進另一個寧靜祥和的世界。而且各類的書都井然有序。歷史、地理、人物自傳、科學、藝術、經濟、政治、宗教、旅遊,甚至外語、曲譜等,都應有盡有。現在書櫃的書,大概有四分一是從那裡的二手書店購買的。

打理書店的,大多是義工,又或是退休的老人家。捐出來的書,都有義工在店鋪地窖的小房間分類。視乎書的質素和出版年份,重新標價轉賣,價錢大概是新書的五分一到一半不等。

購買二手書像尋寶,有時空手而回,有時喜出望外。最掛念的是即使我買一本2磅99p的舊書,Walton Street 書店伯伯都報以慈祥的微笑道謝,然後跟你寒喧幾句。Turl Street那間Oxfarm較小,但也偶有佳作。離開英國的時候,都捨不得把書丟掉轉贈,結果花比買新書更多的錢寄回香港。也許捨不得的並不是書籍本身,而是在某個地方生活過的一絲回憶。