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如何成為詐騙專家?沒「銅鋰鋅」是重要條件──《騙局:為什麼聰明人容易上當》

商周出版
・2017/03/19 ・3238字 ・閱讀時間約 6 分鐘 ・SR值 536 ・七年級

TAAi 2020 25th 人工智慧研討會

  • 【科科愛看書】「安安,可以幫我買遊戲點數嗎……」聰明如你,絕對不會輕易被拙劣的垃圾訊息騙到,但你知道,其實很多高端騙術難以察覺嗎?有多少次,你在不知不覺間就被占了便宜?《騙局:為什麼聰明人容易上當?》用心理學的角度告訴你各種騙局背後的原理,讓你從此如有神助,再也不怕白白吃虧!

詐騙專家是邪惡可憎的小人,心懷不軌又厚顏無恥。若真是如此,人生就簡單明瞭多了,只要揪出壞蛋就能世界和平。然而,真實人生往往更加複雜晦暗。

愛倫.坡(Edgar Allan Poe)在他的著作《欺騙》(Diddling )裡描述騙子的特徵:「一絲不苟,注重利益,不屈不撓,機智大膽,漠不關心,不落俗套,魯莽傲慢,且不忘露齒微笑。」

騙子表示:你的痛苦,關我何事?

現代心理學特別同意愛倫.坡指出的「漠不關心」這項騙子特質。大部分人類歷經演化成為合作共享的動物,我們彼此信任互相依賴,走在路上時不會擔心路人衝來搶走錢包,夜裡上床睡覺時不怕有人半夜闖入殺了我們。久而久之,我們的情感也隨之演化。當人們互相幫助,內心自然湧起一陣暖意。說謊或傷害別人會讓心裡滿懷愧疚不安。雖然人們仍偶爾疏忽犯錯,但大部分的人都值得信賴,和冷漠無情的騙子正好相反。絕大多數的人類都在乎別人,也知道別人多少關心著自己。不然的話,社會早就崩潰瓦解了。

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愛倫.坡在他的著作《欺騙》裡描述騙子的特徵,現代心理學特別同意愛倫.坡指出的「漠不關心」這項騙子特質。圖/By Jon Wallach @ flickr, CC BY-NC 2.0

萬事總有例外,少數人演化後變得擅長利用人們的善心好意,這種對人性的淡漠,就是讓騙子成功詐欺的人格特質。這些人對於造成他人的痛苦毫不在乎,只在乎自己能否占上風。他們認為這才是生存之道。如果身邊盡是正派人物,即使說謊欺騙甚至偷拐搶騙,你仍能一帆風順,過著大好日子。只有圖謀己利的壞蛋為數不多,這種情況才能實現,若人人都是騙子,這招不但不管用,反而會讓大家叫苦連天。身為少數的騙子,為了存活下來產生了冷漠絕情的特質。賓州大學的心理學家艾德里安.雷恩(Adrian Raine)專門研究反社會行為:「長期的悖德行為可視為社會上少數人的另類演化戰略。他們欠缺阻止悖德行為的感情機制,藉由欺騙與玩弄人心,他們能夠成功騙過一世人。」

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這種算計過的冷漠無情可能是天生的,也被稱為心理病態(psychopathy),亦即對身邊的人欠缺基本同理心。

這是生物學上的極端無情。詐欺犯是否有心理病態?我們是否能說,像戴瑪哈這樣的匪類是未經臨床確認的心理病患呢?或者他們只是人們心中小惡魔的現形?日常生活裡的善意謊言和詐欺犯老奸巨猾的騙術,兩者是本質不同,或者只是程度的差異?

犯罪心理學家羅伯特.海爾(Robert Hare)的「病態人格檢測表修訂版」(Psychopathy Checklist-Revised)最常用來檢測反社會、心理病態的傾向,內容包括責任感、愧疚、病理欺騙、心機狡詐、濫交、一般衝動性、外表魅力、浮誇等項目。得到高分的受測者即符合人格病態特徵,或被稱為「受折磨的靈魂」,自己不僅深受折磨,也折磨著別人。

心理病態者的決定因素之一,在於他們無法像常人一樣表達、理解人類情感。真正的心理病態不在乎別人的痛苦。他們沒有同理心,也不知悔恨為何物。心理病態者即使看到常人無法承受的景象,比如悲慘可怖的圖像等,依舊脈搏穩定、心跳平緩,也不會緊張冒汗。大多數人遇到道德難題往往痛苦不堪,舉例來說:若有嬰兒吵鬧不休,此時若悶死嬰兒能解救全村,不悶死嬰兒的話,天降大禍危及全村,連嬰兒也將難逃一死。絕大多數的人必會萬分躊躇。根據心理病態的臨床研究指出,一般人的大腦裡,情感區塊與功利主義區塊爭執不休,而心理病態者毫不遲疑作下選擇,這正是漠不關心、冷漠無情的極致表現。

據海爾所言,全球男性總人口中有 1% 的心理病態者,而在女性人口中極為少數,幾近於零。因此,你所遇到的每一百個人裡,有一人可被臨床確診為心理病態。但所有的心理病態者都是天生的詐欺高手嗎?

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就某方面來說,騙子和心理病態者極為相似。研究證據顯示,一般人若擁有和心理病態相似的神經功能障礙,便會有類似詐欺的行為。心理創傷研究指出,腦部額葉極皮層與腹內側額葉皮質(polar and ventromedial cortex,與心理病態相關的區塊)遭受早期創傷的人,會有激似心理病患與詐欺犯的行為和人格變化。其中兩位曾受心理創傷的病患愛說謊,心機重且反抗規範。他人形容這兩位病患「欠缺同理心、無恥、不知悔改、無所畏懼、完全不在乎自己的悖德行為」。因此,我們可說心理病態是種生物學傾向,心理病態者有許多和詐欺犯如出一轍的行為。

騙子有三寶:自戀、冷漠、我爽就好

但騙子並非僅有心理病態的特質,心理病態只是所謂黑暗人性三面向(dark triad of traits)之一。事實上,其中另外兩面:自戀馬基維利1主義(Machiavellianism),也可視為騙子的特徵。

有自戀傾向的人喜好浮誇、自命不凡,高估自己的價值,且心機重、擅於操縱他人。基本上聽起來和我們的戴瑪哈相去不遠,他無法接受自己低人一等,渴望受人注目,不顧代價以償夙願。自戀者一心只想保持形象,正如戴瑪哈寧願向糖果店說謊也不願蒙受羞辱。這雖然不是什麼驚人騙術,但顯示他多麼自我中心。

也許馬基維利主義更符合詐欺者的思考模式。馬基維利認為君主為達目的,不管手段多殘暴都無妨,這和詐欺者的想法不謀而合。

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心理學文獻正式將「馬基維利主義」定義為操縱別人以達己利的一系列行為傾向——這根本是詐欺的書面定義。北卡羅萊納大學的行銷學教授理查.卡魯(Richard Calhoon)在 1969 年形容馬基維利主義者「使用侵略手段利用與剝削他人,只為達成自己或組織的目的」。

「馬基維利主義」在心理學上定義為:操縱別人以達己利的一系列行為傾向。圖/By Santi di Tito, public domain, wikimedia commons

心理學家理查.克斯蒂(Richard Christie)和佛羅倫斯.吉斯(Florence Geis)在 70 年代著手設計馬基維利量表,想要瞭解領導者的操縱性格傾向。所謂高馬基維利主義者(high Machs)指的是在馬基維利量表上拿到高分的人,他們通常是社會上成功的人心操弄者。在一連串的研究中發現,當高馬基維利主義者和低馬基維利主義者處在同一情境裡,不管情況如何,往往是前者占上風。低馬基維利主義者易受情緒影響。反之,高馬基維利主義者不為情感所動

早期一項研究的十一個例案裡,參與者遍及不同行業和身分,包括學生、教職人員、父母、子女、運動員,以及精神病院和商業公司員工等,研究發現馬基維利主義者擅長虛張聲勢、作弊、討價還價、想要贏得別人的喜愛欣賞,而且總能成功。

另一研究指出,馬基維利主義者說起謊來比一般人更具說服力。當受試者被指控偷錢(其中一半的人很誠實,另一半人則真的偷了錢),側錄結果顯示,高馬基維利主義者說的話聽來比其他人可信。在第三個研究裡,商學院學生必須決定要不要違反道德與法律給某人回扣。案例裡詳細解釋給佣金的前因後果與合理性,若強調付出回扣是較划算的選擇,高馬基維利主義者通常認同給回扣。

馬基維利主義似乎和心理病態一樣,可用來解釋人們的詐欺傾向,並且能讓這些人辦到常人難以想像的事。英屬哥倫比亞大學的心理學家德爾羅伊.鮑休斯(Delroy Paulhus)專精於研究黑暗三人格,認為馬基維利主義者比心理病態者一詞更符合詐欺者的人格特質。「像馬多夫這樣邪惡的股票經紀人算不上心理病態,」他寫道:「他們是一群有組織的馬基維利主義者,蓄意運用策略手段來剝削別人。」

  • 註 1:馬基維利(1469-1527)是義大利政治家、哲學家,著有《君主論》。

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本文摘自《騙局:為什麼聰明人容易上當》,商周出版

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你自戀嗎?小心眉毛出賣你!——2020搞笑諾貝爾心理學獎
活躍星系核
・2020/11/27 ・3581字 ・閱讀時間約 7 分鐘 ・SR值 519 ・六年級

TAAi 2020 25th 人工智慧研討會

  • 文/羅億庭|走在科普路上的小菜雞。

喜歡希臘神話嗎?那你一定知道一位很有名的人——納希瑟斯(Narcissus),傳說中,自戀的納西瑟斯在湖中盯著的,就是自己的眉毛(誤)。

先等等,這篇不是在講搞笑諾貝爾獎嗎,到底跟希臘神話有甚麼關係?嗯,真的沒什麼關係(逃)。雖然與希臘神話無關,但今年的搞笑諾貝爾心理學獎可是與自戀大有關係,因為這些科學家們提出了在人群中找到自戀者的方法,那就是——看看他們的眉毛!

靠眉毛為什麼能區分出自戀者?圖/Unsplash

人如其面,自戀特徵就寫在臉上?

說到自戀你會想到什麼?通常自戀的人會伴隨著迷人、外向、自信等特質,在初見面時,這些性格可說是十分吸引人,日後也可能成為風雲人物。但在心理學中,存在一種稱為「誇大型自戀(grandiose narcissism)」的性格,具有這種誇大型自戀性格的人同樣有著外向、自信等吸引他人的特質,不過隨著時間流逝,他們展現出的自我主義、自負與愛慕虛榮,卻會讓人倒彈一百萬步。

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這種只在乎自己,不在乎他人觀感的性格,容易造成團體生活不和諧,也可能產生各種人際、工作上的問題。既然誇大型自戀性格的人這麼壞,那有沒有辦法一眼就揪出這些「自戀」的人?

為了你我的和諧人際生活,揪出自戀者真的很重要啊~~(吶喊)。圖/Unsplash

雖然很難一眼就確認出自戀者,但其實大部份的自戀者長得差不多哦!

跟陌生人初次見面時,人們通常會先看對方的臉。臉部線索比肢體動作或穿著打扮更能吸引他人注意,既然如此……我們是不是也能從「臉」,找出誇大型自戀性格的人?來自多倫多大學的研究團隊,為此設計了一項實驗為我們解惑!

研究團隊首先引用了 Holtzman[2,3] 的論文,Holtzman 發現在中性情緒下,有「Dark Traid[註1]」性格的人,他們的長相會跟正常人有顯著差異。但由於 Holtzman 的研究結果只提到「臉」會有差,並沒有說到底是差在哪?因此研究團隊才會聚焦在「臉部細節」上。

看「整體氛圍」還是「特定部位」?

為了找出哪個臉部特徵可以用來判斷出自戀者,研究團隊招募了 39 位大學生,請他們先填寫自戀型性格量表註2(Narcissistic Personality Inventory, NPI),自評自戀傾向。之後,請他們擺出一個最中性、最平凡的表情拍張照片,去除照片上的頭髮、衣服(裁掉而已,不是讓他們全裸^_^)等易混淆特徵,將影像以灰階處理,並製作了將臉部器官部分遮蔽的圖像,作為實驗素材(圖一),再利用這些素材尋找另一批參與者進行實驗測試。

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圖一:將大學生拍下的照片去除掉頭髮、衣服,並加上厚度不等的海苔條黑色方塊遮擋,或是裁切掉部分臉部器官,作為實驗的刺激素材;可以看到刺激中有正立、倒立、只保留上(或下)半部臉、眼睛或眉毛等等的影像。圖/Miranda Giacomin, Nicholas O. Rule, Eyebrows cue grandiose narcissism, Journal of Personality, Volume 87, Issue 2, 2019.

這些照片可是大有用途!首先,全臉正立的照片能幫助研究者確認 Holtzman 的研究結果是否正確。而全臉顛倒的照片,則是確認人類探測自戀時,是否會以臉上的特定部位作為判斷?

由於看正臉時是看「整體氛圍」,無法確認特定部位是否有特殊效果,但看顛倒照片時,人們必須讀取各個部位再拼湊出人臉,因此可以確認辨識自戀是靠「整體氛圍」還是「特定部位」。最後是其他特定部位的照片,用以確認是哪個部位能讓人判斷自戀。

眉毛是人們「判斷他人是否自戀」的關鍵!

在第一階段,實驗組由 28 名來自美國的工人(Mechanical Turk Workers, MTurk註3)進行。他們將針對上述圖像進行「你覺得這個人有多自戀?」的自戀評分,分數由 1 分(超不自戀)到 8 分(自戀得要死)不等。

研究團隊將工人參與者認為照片中大學生有多自戀的分數,與前面 39 位大學生自評自戀型性格量表的分數進行統計分析,結果發現看全臉的工人參與者能分辨大學生有多自戀,而且看顛倒臉的人更能分辨出誇大型自戀性格,這表示我們看人自不自戀,不是看「整體氛圍」,而是「特定部位」辨識出來的。

而看「顯示部分部位」的工人參與者,多半藉由臉的上半部(含有眼睛、眉毛的部分)評斷一個人自不自戀(即使是倒立的臉也呈現此結果)。一但上半張臉被遮住,參與者就比較難判斷一個人的自戀與否,因此研究人員將實驗範圍縮小到眼睛與眉毛。在後續的實驗中,研究團隊使用上半張臉的照片,再依序測試了(a)包含眼睛與眉毛(b)只包含眉毛區域與(c)只包含眼睛區域的三種圖像。原來,人們判斷他人是否具有誇大型自戀性格的主要依據,就在於——眉毛!

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只看眉毛依然判斷精準

鎖定了眉毛後,為了更加確定眉毛對於評斷誇大型自戀性格的關鍵性,第二階段實驗招募了數量更多,國籍也更為多元的大學生,重複第一階段實驗圖像素材的製作,而後請 182 名工人參與者進行相同的自戀評分。

與實驗一不同的是,這次實驗只會顯示「眉毛」的圖像(如圖一 J)給參與者,他們僅能根據眉毛來判斷眉毛背後的人自不自戀;而結果也與實驗一相同,工人參與者對大學生的自戀評分,與大學生對自己的自戀自評分數呈現顯著相關!

研究團隊也將收集到的眉毛圖像分為左邊眉毛、右邊眉毛、全部眉毛與左右邊眉毛的鏡像,共五種不同圖像對參與者做測試,結果皆呈現顯著;不論是只看部分眉毛或是全部眉毛,都能使觀看者評斷出較自戀的人。

眉毛又粗又濃,自戀者就是你!

既然眉毛如此重要,那到底擁有哪一種眉毛的人比較有可能是誇大型自戀者?

為了確定眉毛的毛量、修飾程度與眉型,會不會影響工人參與者判別擁有該眉毛的人自不自戀,研究團隊請了 3 位編碼員,將這些眉毛樣本依不同特徵進行分類;也讓 20 位工人參與者將眉毛依「女性氣質(femininity)」從 1 分(極度女性)到 8 分(極度男性)進行評分;另外也有 20 位工人參與者依照該眉毛的「獨特性(distinctive,可以視為濃密程度)」進行 1(完全不獨特)到 8(與眾不同)分的評分。

研究團隊將得到評分結果運用程式分析,進行一連串的模擬運算後,得出了最終解答——眉毛的獨特性(濃密程度)可能是我們判斷出自戀者的主要特徵!

在後續的實驗中,研究團隊將誇大型自戀者與非自戀者的眉毛,貼到一張較為中性的臉孔上。當誇大型自戀者的眉毛貼上中性臉孔時,人們對於這張臉的自戀評分增加了;反之,若將非自戀者的眉毛貼上中性臉孔,自戀評分的分數則降低。

此外,當誇大型自戀者戴上「非自戀者的眉毛」時,他們也會被判別為較不自戀的人;一旦他們拿下非自戀者的眉毛,便不會獲得「不自戀」的評價。這些後續研究也進一步暗示了「眉毛的獨特性」,即使將自戀者的眉毛換到不同張臉,也會給觀看者相同的感受,因此可排除其他變因。

誇大型自戀者大概就擁有這麼濃密的眉毛(?)圖/GIPHY

真的能靠外表斷定一個人的性格嗎?

說了這麼多,但真的能以貌取人嗎?雖然這份研究嘗試以科學數據歸納出具有某些生理特徵的人,可能也具有某些心理特徵,但這類研究產生出的結果也具有一定風險。比方說是否有可能整個社會對一個人外表的喜惡,影響了他的人格發展?又或是人們有沒有可能以改變臉部特徵的方式,表現出自身的人格特質?

即使目前的研究結果顯示了眉毛與自戀可能有一定的關係,但若能透過多方評估再對一個人的性格下決定,似乎更能避免掉一些偏見想法的產生。在此,筆者也期許大家能養成不以貌取人的好習慣哦!不說了,我還是先來去預約個修眉吧 XD(飛奔)

參考資料

  1. Miranda Giacomin, Nicholas O. Rule, Eyebrows cue grandiose narcissism, Journal of Personality, Volume 87, Issue 2, 2019.
  2. Holtzman, N. S. (2011). Facing a psychopath: Detecting the dark triad from emotionally-neutral faces, using prototypes from the Personality Faceaurus. Journal of Research in Personality, 45, 648-654. doi: 10.1016/j.jrp.2011.09.002
  3. Holtzman, N. S., & Strube, M. J. (2013). People with dark personalities tend to create a physically attractive veneer. Social Psychological and Personality Science, 4, 461-467.doi:10.1177/1948550612461284

註解

  1. Dark Traid,可直譯為「黑暗三聯徵」,其內容包括自戀、馬基維利主義與精神變態。
  2. 自戀型性格量表(Narcissistic Personality Inventory, NPI)能幫助我們判斷一個人的自戀傾向,不論是良性的自戀(如領導魅力)或是不適應性的自戀(誇大型自戀、勢力)的自戀皆可經由量表的分數加以區分。
  3. 文中的工人(Mechanical Turk Workers, MTurk)實際上應該被稱作「機械土耳其人」,是亞馬遜公司(Amazon)所招募的員工,這些員工通常來自美國或印度。亞馬遜將一些無法被電腦所辨別的事物,以外包的方式由人工協助公司進行產品識別,再給付給外包人員薪資(例如:每分辨一幅圖像是否適合未成年人流覽,參與者都將賺得 2 到 5 美分)。

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活躍星系核
818 篇文章 ・ 1 位粉絲
活躍星系核(active galactic nucleus, AGN)是一類中央核區活動性很強的河外星系。這些星系比普通星系活躍,在從無線電波到伽瑪射線的全波段裡都發出很強的電磁輻射。 本帳號發表來自各方的投稿。附有資料出處的科學好文,都歡迎你來投稿喔。 Email: contact@pansci.asia

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重要基因被刪除後,酵母菌的絕地求生!
研之有物│中央研究院
・2020/10/12 ・3983字 ・閱讀時間約 8 分鐘 ・SR值 545 ・八年級

TAAi 2020 25th 人工智慧研討會

本文轉載自中央研究院研之有物,泛科學為宣傳推廣執行單位。

  • 採訪編輯|歐宇甜、黃曉君;美術編輯|林洵安

生物有許多不可或缺的必要基因,例如:小小的酵母菌體內就有一千多個,如果某個必要基因消失,生物一定會死亡嗎?中研院基因體研究中心張典顯研究員發現,如果人為刪除酵母菌的必要基因 PRP28,酵母菌依然能勉強存活,甚至經過三百代演化後,還能恢復原本活力!論文成果於 2018 年 10 月登上國際學術期刊《自然生態演化》(Nature Ecology and Evolution)。

張典顯,中研院基因體研究中心研究員,他發現酵母菌去除必要基因,仍然能夠絕處逢生的演化奧秘。攝影/林洵安

生物體內的「必要基因」

每種生物都有一群不可或缺的「必要基因」(Essential gene)。它們不只是從遠古流傳下來的基因,也是生物基因體的核心。

「在我們研究的細胞體系裡,如果人為把一個重要基因拿掉,細胞幾乎必死無疑。從基因的角度來看,這是細胞發生突變、重要基因消失,就像電影中的邪惡勢力殺掉正義聯盟的領袖,然而……」張典顯話鋒一轉:「在電影裡,正義之師仍然會繼續對抗惡勢力、等待復興的時機。那麼,如果去掉細胞內重要基因,細胞是否會隨演化發生轉機,繼續存活甚至恢復繁盛,出現宛如《星際大戰:原力覺醒》的戲劇性轉折?」

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但生物演化通常需要漫長的歲月,怎麼研究?張典顯挑選酵母菌下手,酵母菌跟人類細胞一樣,都是真核細胞,除了用來釀酒和烘焙,也是分子生物學重要的模式生物。更重要的是,

人類一個世代傳承要花 60 年,更需要十萬年、百萬年的時間才看得出演化結果。酵母菌每 90 分鐘分裂一次、產生一個新世代,短時間就能看到演化歷程。

仔細研究酵母菌,它約有六千個基因,其中一千多個是必要基因,特別是與「遺傳資訊複製」相關的基因,一旦缺少恐將死亡……但,這是真的嗎?

張典顯的研究指出,即使刪除了一個必要基因 PRP28,酵母菌依然能勉強存活,演化三百代後甚至恢復了活力!?

顯微鏡下的酵母菌,90 分鐘即可產生一個世代,非常適合進行演化實驗。圖片來源/維基百科

基因 PRP28:RNA 的剪接師

基因 PRP28 是什麼?它負責協助 DNA 轉錄後,不可或缺的「剪接」工作!

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生物所有基因的資訊全部是在 DNA 上,好比身上的「硬碟」,保存重要資料。細胞要使用這些資料,第一步是「轉錄」,把細胞核裡的 DNA 的資訊,轉成 RNA,這個步驟好比用「隨身碟」把硬碟資料拷貝出來。然後,RNA「隨身碟」的資訊會進入細胞質,進行「轉譯」,製作各種有用的蛋白質,好比把隨身碟內的資料列印成有用的文件。

生物所有基因的資訊全部是在 DNA 上,好比身上的「硬碟」。細胞要使用這些資料時,必須把細胞核裡的 DNA 的資訊,轉錄成為 RNA—-好比用「隨身碟」把硬碟資料拷貝出來。接下來,RNA「隨身碟」的資訊進入細胞質,進行轉譯,製造各種蛋白質,好比把隨身碟內的資料列印成實體文件。資料來源/張典顯;圖說設計/黃曉君、林洵安

但在轉錄、轉譯之間,還有一個很重要、一般人不熟悉的步驟,稱為「剪接」。因為 DNA 基因不是呈連續性的,中間穿插一些不需要的片段稱為內含子(introns)。因此 DNA 拷貝成 RNA 之後,必須剪去內含子,把有用片段接起來,變成信使 RNA(mRNA),細胞才能使用。

DNA 基因不是呈連續性的,中間穿插一些不需要的片段稱為內含子(introns),轉錄後的 RNA 必須剪去中間不需要的部分,把有用片段接起來,變成信使 RNA(mRNA),細胞才能根據它製作蛋白質。資料來源/張典顯;圖說設計/黃曉君、林洵安

這個剪接步驟是在細胞核內的 RNA 剪接體(Spliceosome)中進行。每個人體內都有這部剪接機,它能將 pre-mRNA 中不需要的片段剪掉。這個剪接體與剪接步驟的正確性很重要,如果剪接體壞了,細胞沒有正確資訊可用就會死亡。

「我們的研究曾發現,酵母菌的剪接體中有一個很重要的蛋白質叫做 Prp28,能讓細胞的剪接過程運作順利,如果把 Prp28 拿掉,細胞就無法運作可能崩垮。」張典顯說。

顯然的,製作蛋白質 Prp28 的基因,是酵母菌的必要基因之一。

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張典顯決定把 Prp28 的基因拿掉,看看酵母菌失去 Prp28 之後,是否可以存活?更進一步說,它們能不能透過一代代演化,重新爬回高峰?這在生物學稱為「彈性恢復力策略」,是指生物進入新的困難環境,一開始可能變很糟、掉入谷底,但經過一段時間,最後重新適應環境並恢復活力,重回高峰。

演化,讓酵母菌從破車變超跑!

「我們做的實驗很簡單,高中生也可以做!」張典顯笑著說。他們將一組保有 Prp28 蛋白質基因的酵母菌(野生型,wild type),種在培養基裡,分別放在攝氏 20 度、22 度和 28 度的環境培養,作為對照組。另一組是去掉 Prp28 蛋白質基因的酵母菌,也分別放在上面三種溫度的環境,觀察其生長情況。

一開始他們發現,如果將 PRP28 搭配的零組件進行互補性改變,細胞可以不需要 PRP28。但這種缺少 PRP28 的酵母菌,RNA 剪接效率低,生長得很緩慢,特別在低溫攝氏 20 度的培養基。

不過,隨著細胞不斷分裂,一個變兩個、兩個變四個 ……最後酵母菌仍可慢慢長滿培養基。等到酵母菌長滿,研究人員就取出其中一部分,種到新的培養基,直到再次長滿,再移到新的培養基……。

最後,神奇的現象發生了!失去 Prp28 蛋白質的酵母菌,起初要花 14 天才能長滿培養基,但一代傳一代,生長速度變越來越快,最後只花 5 天就長滿了!張典顯說:

這些酵母菌經過許多代演化,已產生有用的突變,活力變得越來越好,簡直像從一部破車,重新變回一部超跑!

一開始的白色細胞均為失去 Prp28 的酵母菌,活力非常差,但細胞分裂可能出現有利突變(紅色細胞),活力和繁殖力較好,如果繼續繁衍,紅色細胞會取代其他活力和繁殖力差的白色細胞,白色細胞越來越少。一代代傳下去,最後幾乎只剩下紅色細胞。資料來源/張典顯;圖說重製/黃曉君、林洵安

細胞在分裂過程,DNA 複製可能出現錯誤而產生新突變,當突變對細胞有利即會被保留,而突變後的細胞的活力和繁殖力較好,會逐漸取代其他細胞。如果一代代傳下去,新的有利突變陸續加進來,可能走向另一條演化的道路,讓細胞恢復活力,就像電影的原力覺醒、瀕死復活一樣!

這個成果於 2018 年 10 月獲刊在《自然生態演化》,也是臺灣首度刊登於該期刊的論文。

wild type(WT)列為帶有 Prp28 的正常酵母菌細胞,在不同溫度下的生長情況(每個溫度下又分成不同濃度的酵母菌樣本)。不管 20 度、22 度、28 度,正常酵母菌都長得很好。Anc = 還沒有經過演化的 「老祖宗」(Ancestor)細胞,Prp28 已被去除,因此活力很低,特別是 20 度長得最差。其他 EvX 列則是從這種老祖宗細胞開始,循著不同演化路徑的結果。經過一代代培養,Ev3 列的細胞與 wild type 列生長情況一樣,代表這些細胞已經恢復活力,新突變把酵母菌救回來了,其他如 Ev6、Ev9 列也是同樣情況。資料來源/張典顯

破解酵母菌絕處逢生的秘密

下一個問題是:到底在酵母菌裡發生什麼事,居然可以起死回生?張典顯的團隊繼續追查,找到答案:酵母菌是透過降低 RNA 聚合酶進行轉錄作用的速度,讓細胞恢復健康。

把細胞想像成一座工廠,DNA 一直拷貝,轉錄成 RNA,再進行轉譯,最後變成蛋白質,中間有許多機器在工作。如果下游的機器(剪接機)壞了,但前面的機器(轉錄機)仍然一直生產,後面的機器無法及時處理,會產生一大堆廢料,導致這個細胞死亡。

不過,如果演化讓上游轉錄機也放慢速度(發生另外的突變),讓上下游機器速度再度同步,有種負負得正的概念,最後細胞仍可恢復活力,這就是酵母菌絕處逢生的秘密。

張典顯團隊用漫畫方式呈現酵母菌絕處逢生的秘訣:雖然細胞的剪接機慢了下來,但藉由演化讓上游轉錄機也減慢速度(發生了另外的突變:蛋白質 Luc7 和 SAGA),於是上下游速度再度同步,使細胞恢復活力。圖片來源/張典顯

「我們的實驗結果顯示,生物系統中有許多錯綜複雜的基因表現路徑,不同步驟可以互相影響(例如:RNA 轉錄與 RNA 剪接),讓我們更了解細胞運轉的邏輯與生物系統的演化。」張典顯繼續延伸:「這個觀念可以被運用到生物系統的優化,提供未來設計調控生物系統的新方法,比如說,在開發治療疾病的藥物時,可針對標的物的上下游進行調整,以達到系統的整體平衡。」

生命的韌性、演化的奧妙,真的比電影劇情更曲折離奇、引人入勝,等待更多的科學家挖掘與發現。

延伸閱讀

本文轉載自中央研究院研之有物,原文為《酵母菌的原力覺醒:瀕死復活的演化大戲—-專訪張典顯》,泛科學為宣傳推廣執行單位

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德國青銅時代的戰士們,大多乳糖不耐
寒波
・2020/09/22 ・3100字 ・閱讀時間約 6 分鐘 ・SR值 572 ・九年級

TAAi 2020 25th 人工智慧研討會

德國北部的圖蘭森河邊,距今 3200 多年前的青銅時代,曾經上演過仿佛世紀帝國真人版的大戰。至今戰場只有一小部分被調查過,卻已經發現分屬 140 位死者的遺骸。

參戰戰士想像圖,他們大部分應該無法消化乳糖。圖/取自 Slaughter at the bridge: Uncovering a colossal Bronze Age battle

考古學家認為這一場戰爭,應該是在一天、一地發生,估計參戰人數破千,可能多達數千人。這場公元前 13 世紀的大戰缺乏文字記載,也沒有詩歌傳說提及,早已遭到歷史遺忘。

1996 年有人在河邊撿到死人骨頭,才開啟一系列發掘,成為歐洲那個時期規模最大的戰場考古研究。新問世的論文報告古代DNA 的分析,證實參戰人員中有女生;另一項有趣的發現是,他們幾乎都不能消化乳糖。1, 2, 3

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延伸閱讀:青銅時代圖蘭森河大戰,金屬工匠工具包

遺落在圖蘭森戰場上的金屬物件。圖/取自 Lost in combat? A scrap metal find from the Bronze Age battlefield site at Tollense

古代戰場中的 DNA

研究團隊試圖由 21 人的遺骸取樣 DNA,不過只有 14 人的品質夠好,基因組覆蓋率超過 4%,能被用於後續分析。這場戰爭中同年同月同日死的 14 人,遺傳上看來都不是近親;意外的是其中有 2 位女生,可見也有女生參戰,而且不幸陣亡,不過還不清楚女生的角色為何。

歐洲到 3000 年前的青銅時代晚期,許多地區人群的遺傳組成,和同一地區的現代族群已經差不多。這 14 人遺傳上都類似今日歐洲中部、北部的族群,沒有明顯的外來成分。

光看 DNA 無法判斷這群人具體的地理來歷,之前發表的研究根據鍶穩定同位素,推論有些參戰者在本地長大,也有從外地來的。

延伸閱讀:世紀帝國真人版:一場被遺忘的史詩級青銅器大戰

這群人的 DNA 有一件有趣的發現:14 人中只有 1 位,配備成年後能夠消化乳糖的遺傳變異。

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各地人群配備 LP 的頻率。圖/取自 ref 4

成年後消化乳糖的能力

哺乳動物小時候,母乳是重要的營養來源,乳糖酶(lactase,常簡稱為 LCT)能夠消化母乳中的乳糖。哺乳動物長大後乳糖酶基因不再表現,有些智人卻是例外,他們乳糖酶基因附近的 DNA 變異,會改變基因調控,使乳糖酶在長大後持續表現,讓成年人能夠消化乳糖。

讓乳糖酶維持運作的 DNA 變異不只一種,目前已經知道至少有 5 個;其中4 個分佈於非洲與中東,1 個在歐洲是主流。歐洲流行的變異位置「rs4988235」位於乳糖酶基因的上游約 1.4 萬個鹼基處,由 C 改變為 T(−13.910:C>T)。4

成年後還能消化乳糖的能力稱作「乳糖酶持續性(lactase persistence)」,簡稱 LP。

5 種 LP 遺傳變異 。圖/取自 ref 4

青銅時代 LP 已經存在,只不過相當小眾

歐洲人群中 LP 的比例為 60 到 70% 左右。之前有研究估計它誕生的年代超過 6000 年,甚至超過一萬年;不過近來的古代DNA 研究發現,已知最早的 LP 距今只有 4000 多年而已。

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可以肯定一直到距今 3000 年前,LP 在歐洲仍然小眾,在各地遺址常常存在,比例卻都不高。

青銅時代的樣本,這回圖蘭森遺址的 14 人中只有 1 位(7.1%),西伯利亞的 Mokrin 遺址距今 3700 到 4100 年前的 18 人中也只有 1 位(4.6%)。不列顛 6 人中占 17%、捷克 14 人中占 10%、德國的萊西河谷 34 人中占 29%。

年代比較晚的遺址 LP 比例比較高。波羅地海旁邊的拉脫維亞,距今 2730 到 2560 年前的 8 人,以及德國南部 1500 年前的 21 人,比例皆為 57%。匈牙利中世紀早期的 13 人,比例高達 73%。

不同年代、地點的古代樣本中 LP 存在的頻率。圖/取自 ref 1

整體看來,成年後能消化乳糖的 LP 遺傳變異,在青銅時代的歐洲已經存在,不過比例很低;之後各地都有所增加,但是離現在的 60 到 70% 還有一段差距,歷史上應該是持續上升。

沒有證據支持 LP 源自草原

有些地區的人從一萬年前開始,與牛奶、羊奶有大量接觸機會。等到 7000 年前,歐亞大陸西部的多數地區都已經出現乳製品,不過直到青銅時代結束的 3000 年前,LP 的比例仍然不高。

有個論點主張 LP 起源自畜牧發達的草原地區,隨著青銅時代的草原移民潮進入歐洲,但是目前的古代樣本不支持這個論點。

新研究除了圖蘭森遺址之外,也取樣歐洲東部的草原地區,距今 3000 多到 5000 多年前的 37 人中,配備 LP 的竟然連一個人都沒有。之前發表過的樣本中,東歐草原 4300 到 5600 年前的 37 人,LP 的頻率為 0%;4300 到 4900 年前的 Corded Ware 文化的 55 人,頻率只有 1.8%。

目前並沒有強力證據支持 LP 來自草原。青銅時代早期的東歐草原,LP 即使存在,也相當罕見。

各地古代樣本的分佈狀況,黃色是配備 LP 的樣本,紅色沒有。圖/取自 ref 1

近3000年來時代力量的寵兒

不論 LP 起源自何時、何處,所有分析方法都指出,LP 在最近 3000 年內受到很強大的正面天擇影響,使得比例持續上升。

也許會有人質疑,LP 比例上升會不會只是運氣好?事實上,總共分析超過 400 個類似的基因變異,在同樣的標準下,LP 之外,只有一個和免疫有關的基因 TLR6(rs5743810)明顯受到天擇青睞,不過強度當然不如 LP。

由此看來 LP 確實是時代力量近 3000 年來的寵兒。這麼明顯的現象也許不是單一優勢所致,詳情仍有待深究。對於此一遺傳學課本介紹天擇時的經典案例,仍然有許多未知之處。

延伸閱讀

  1. 短篇 7200年前,地中海北岸最早的起司
  2. 短篇 7000多年前,非洲最早的乳製品
  3. 考古探密:奶與蜜 
  4. 箕形門齒 X 美洲原住民 X 母乳——這三者源自冰河時期的神秘關係是?
  5. 人類也會被馴化?從乳糖不耐症,看人類基因的轉變——《祖先的故事》
  6. 為何牛奶會讓人「小時好好,長大拉拉」?乳糖不耐和基因調控──《生命如何創新》

參考資料

  1. Burger, J., Link, V., Blöcher, J., Schulz, A., Sell, C., Pochon, Z., … & Reyna-Blanco, C. S. (2020). Low Prevalence of Lactase Persistence in Bronze Age Europe Indicates Ongoing Strong Selection over the Last 3,000 Years. Current Biology.
  2. Lactose tolerance spread throughout Europe in only a few thousand years
  3. Study reveals lactose tolerance happened quickly in Europe
  4. Ségurel, L., & Bon, C. (2017). On the evolution of lactase persistence in humans. Annual review of genomics and human genetics,, 18.

本文亦刊載於作者部落格《盲眼的尼安德塔石匠》暨其 facebook 同名專頁

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生命科學碩士、文學與電影愛好者、戳樂黨員,主要興趣為演化,希望把好東西介紹給大家。部落格《盲眼的尼安德塔石器匠》、同名粉絲團《盲眼的尼安德塔石器匠》。