2007年12月4日 星期二

Sciscape科景新聞_20071204_鳥兒唱的好不好?語言基因FoxP2有關係!

  FoxP2是科學家找到的第一個和「語言」關係密切的基因,一項新研究首次以實驗證明,FoxP2和錦華鳥(zebra finch)學習唱歌的能力有關。

  語言常被視為人類之所以異於其他動物的一項重要能力,也因此語言的形成一直吸引著許多科學家的興趣。但是除了人類之外,黑猩猩、鳥類、海豚也都有以聲音溝通的能力。

  在一篇研究遺傳性語言障礙的家族「KE family」的論文中指出,FoxP2的突變是造成他們語法使用缺陷的原因。一項針對錦華鳥的研究也顯示,在雄性幼鳥學習唱歌的時期,腦內Area X(相當於哺乳類的紋狀體構造)的FoxP2表現量會升高。在小鼠的研究中則發現,FoxP2在胚胎時期,就開始大量地表現在以後會發育成紋狀體的前驅構造LGE中,且其表現持續到成年期間;此外,在FoxP2基因剔除小鼠的研究顯示,其異型合子缺乏以超音波發音呼叫母鼠的能力。甚至,在蝙蝠的回聲定位系統中,FoxP2的演化和多樣性也扮演著重要的角色。

  就像人類嬰兒的牙牙學語一般,錦華鳥也是藉由模仿成鳥來學習唱歌的。因此,科學家們一直很希望能藉由鳥類學習唱歌的能力,來研究FoxP2和人類語言的關係。德國柏林馬克斯普朗克分子遺傳學研究所的神經生物學家Sebastian Haesler等人,在2007年12月的PLoS Biology發表他們的研究成果。他們在雄性幼鳥約23天大,開始學唱歌的時候,利用病毒感染,以RNA干擾(RNAi)的方式降低Area X的FoxP2表現量。他們發現,經過兩個月與成年雄鳥學習唱歌的時間後,實驗組的鳥兒較無法準確地模仿歌曲,音節也較不穩定。這顯示FoxP2在從接收成鳥的教唱訊息,到學會自己唱出一首完整的歌曲這中間的過程,扮演了重要的角色。另一點值得注意的是,由於RNAi的載體病毒是在幼鳥23天大時才被注射到腦內,因此我們可以知道,FoxP2必然在胚胎發育之後,也對神經回路的連結與活化有著重大的影響。

  這篇研究是在錦華鳥中首次以實驗方式證明,FoxP2的確和牠們的學習唱歌的能力有重要的關係。在研究語言的社群中,鳥類的鳴唱一直較不被重視,這篇研究使得這樣的情況改觀,利用RNAi的技術,即使是在非傳統的模式生物-錦華鳥中,我們也能解答語言基因FoxP2與鳥類學習唱歌的能力之間的關係。藉此,我們又更接近了人類語言奧秘的解答。

原始論文:
Haesler S, Rochefort C, Georgi B, Licznerski P, Osten P, et al., "Incomplete and inaccurate vocal imitation after knockdown of FoxP2 in songbird basal ganglia nucleus Area X", PLoS Biol., 5, e321 (2007)

相關論文:
1. Lai, C. S., Fisher, S. E., Hurst, J. A., Vargha-Khadem, F. & Monaco, A. P., "A forkhead-domain gene is mutated in a severe speech and language disorder", Nature, 413, 519 (2001)
2. Takahashi, K., Liu, F. C., Hirokawa, K. & Takahashi, H., "Expression of Foxp2, a gene involved in speech and language, in the developing and adult striatum", J. Neurosci. Res., 73, 61 (2003)
*本文作者之一為陽明大學神經科學研究所劉福清老師
3. Shu, W. et al., "Altered ultrasonic vocalization in mice with a disruption in the Foxp2 gene", Proc. Natl Acad. Sci. USA, 102, 9643 (2005)
4. Fisher SE, Marcus GF., "The eloquent ape: genes, brains and the evolution of language", Nat Rev Genet., 7, 9 (2006)
5. Li G, Wang J, Rossiter SJ, Jones G, Zhang S., "Accelerated FoxP2 evolution in echolocating bats", PLoS ONE, 2, e900 (2007)

相關連結:
The FoxP2 Story

Editor: Seline
轉載自科景網站http://www.sciscape.org/news_detail.php?news_id=2337

新聞來源:
ScienceNOW: Speech Gene Helps Birds Sing

2007年10月31日 星期三

行星的運動

  在璀璨的星空中,行星總是特別引人注意,除了它們往往特別明亮之外,你會發現在星座盤中找不到行星的蹤跡,這是因為行星相對於恆星而言,與我們的距離相當近,若你逐日觀察行星的運動,你會發現行星好像是沿著黃道的十三個星座(註一)漫步,因此我們無法將它標在星座盤上特定的位置,英文裡的行星一詞「planet」,就是源自於古希臘文的「漫遊者」的意思喔,是不是很貼切呢!大部分的時候,我們看到行星的運動都是由西向東走的,可是有時候卻又會停下來,掉頭換個方向由東向西走一小段後,再繼續由西向東走,這到底是為什麼呢?接下來我們就要為你介紹行星運動的奧秘。

內行星與外行星 

  太陽系的八大行星(註二)除了地球以外,可以以它們運行的軌道與太陽距離的遠近分成兩類:「內行星」(inferior planets)與「外行星」(superior planets)。顧名思義,內行星指的是其運行軌道比地球還靠近太陽的行星,只有水星和金星兩顆;外行星則是其運行軌道較地球遠離太陽的行星,包含有火星、木星、土星、天王星和海王星五顆行星(圖一)。
圖片來源:香港天文台  http://www.weather.gov.hk 
圖一:太陽系的內行星(水星和金星)和外行星(火星、木星、土星、天王星和
海王星),它們都和地球一樣由西向東繞著太陽公轉。

內行星的運行軌道 

  行星在天空中運動時,與地球的相對關係有幾個特殊的位置。當行星和太陽在同一個方向時稱為「合」,此時是最不適合觀測的時間;遠離地球的合稱為稱為「上合」或「外合」,即當內行星運行到地球-太陽連線的延伸,形成「地球-太陽-行星」這樣的排列時;而接近地球的合稱為「下合」或「內合」,即當內行星運行到與太陽與地球位置的中間,形成「太陽-行星-地球」這樣的排列時。

  下合的時候若三者接近一直線(由於內行星的公轉軌道與地球的公轉軌道有幾度的夾角,這種狀況並不會每一次下合時都發生),看起來就會像是一個小黑點由太陽的盤面上經過,這種現象稱為「行星凌日」。去年(2006年)的11月9日曾經發生過一次水星凌日,下一次則是會發生在2016年5月9日,但台灣地區不可見,下次臺灣可見的水星凌日則是要等到2032年的11月13日了。上一次發生金星凌日則是在2004年6月8日,如果你錯過了,相隔8年後的2012年6月6日會發生下一次的金星凌日,可千萬不能錯過喔,因為再下一次可是要等到2117年了。

  當內行星與太陽有著最大的夾角,也就是內行星、太陽和地球的位置形成一以內行星處為直角的直角三角形,此時稱為「大距」,在太陽東側出現的稱為「東大距」,在太陽西側出現的稱為「西大距」,在大距的前後是最適合觀測水星與金星的時機。 由於內行星在不同的位置時,受太陽照射的半球所面對我們的角度不同,所以我們看到的內行星會像月亮一樣有盈虧的變化,在下合時是新月,上合時是滿月,而大距時則是呈現半圓形的弦月狀。金星將在今年(2007 年)的 10 月 28日達到西大距,你可以用望遠鏡觀察一下,金星是不是弦月形的呢?(圖二) 因為內行星和太陽在角度上總是相距不遠,因此我們往往只能在日出前的東方或日落後的西方看到它們,古代人甚至因此以為出現在東方和西方的是兩顆不同的星呢,所以詩經小雅裡有這麼一句話:「東有啟明,西有長庚」,就是在描述金星喔!

圖片來源:臺北市立天文科學教育館  http://www.tam.gov.tw 
圖二:內行星軌道與地球相對位置示意圖

外行星的運行軌道

  公轉軌道在地球外側的外行星則只會發生「外合」的現象,簡稱為「合」,也就是當外行星運行到與太陽同樣的方向,形成「行星-太陽-地球」這樣的排列時;而當它在天空中出現在與太陽相反的方向,形成「太陽-地球-行星」這樣的排列時,此時稱為「衝」,衝的前後是最適宜觀測外行星的時間,今年(2007年)的火星衝發生在 12 月 25 日,屆時不妨以望遠鏡觀察一下火星。當外行星的位置恰與地球和太陽形成一以地球處為直角的直角三角形時,此時稱為「方照」,在太陽東側出現的稱為「東方照」,在太陽西側出現的稱為「西方照」。(圖三)從圖三你也可以看到,從地球觀察外行星時,我們總是會看到它們受太陽所照射的半球,因此外行星並不像內行星那樣會有盈虧的變化。

圖片來源:臺北市立天文科學教育館  http://www.tam.gov.tw   
圖三:外行星軌道與地球相對位置示意圖

在地球上看行星的運動-順行、逆行和留

  由於太陽系的其他行星都和我們地球一樣,是由西向東繞著太陽公轉,因此大部分的時候,我們從地球上看行星的移動的方向會和我們公轉的方向相同,都是由「西」向「東」移動的,這樣的現象稱為「順行」;但是越靠近太陽的行星運轉速度越快(註三),所以內側的行星會不停的趕上外側的行星,好像超車一樣,在我們地球超車經過外行星或是內行星超車經過我們的前後,我們看行星的運動會是由「東」向「西」移動的,這樣的現象稱為「逆行」(想像一下,當你超車的前後,是不是會覺得旁邊的車看起來好像是在往後移動一樣呢?);而在順行和逆行變換間,行星看來好像是停留在天球中不動,此時稱為「留」。圖四以火星為例,畫出了火星在天空中的視運動,你可以找出什麼時候火星是「順行」?什麼時候是「逆行」?「留」又發生在哪一點呢?

圖片來源:香港太空館  http://www.lcsd.gov.hk/CE/Museum/Space/
圖四:火星的順行、逆行和留

  由於其他行星的公轉軌道和地球的公轉軌道(黃道)幾乎都在同一個平面上,因此從地球上看來其他行星的運轉軌道也和太陽一樣,沿著黃道的十三個星座運行。圖五為 2007 年火星在天球上運行的軌跡圖,我們可以注意到今年大多數的時間裡,火星是沿著黃道星座在天空中由西向東順行,11/16 是火星留的時間,之後則是由東向西逆行的。在 11 月時不妨自己觀察一下火星在天空中的運動,是不是和圖五預測的一樣呢?

圖片來源:台北市立天文科學教育館  http://www.tam.gov.tw 
圖五:2007 年火星在天球上運行的軌跡圖 

  看完了以上的介紹之後,你是不是更了解行星的運動了呢?你可以在台北市立天文科學教育館網站(http://www.tam.gov.tw)的「天象資料」處下載當月的天象和星空導覽,裡面會介紹每個月的行星動態,或者是在「日月行星現象」中有更詳細的行星預報,內有像圖五那樣的行星在天球上運行的軌跡圖,不妨按圖索驥,每天觀察行星的運動,也是很有趣的喔!

註一:黃道上除了我們一般常聽見的十二星座外,在天蝎座和人馬座之間其實還有一個蛇夫座喔!

註二:國際天文學聯合會(IAU;International Astronomical Union)已於 2006 年8 月 24 日做出決議,將冥王星從行星的行列中降級,歸類為「矮行星」;關於矮行星的定義請參考台北市立天文科學教育館的網站。

註三:根據刻卜勒的行星運動第三定律,行星到太陽的平均距離的立方與它們公轉周期的平方成正比;簡單地說,離太陽越近的行星,繞太陽運轉的速度越快,離太陽越遠的行星,繞太陽運轉的速度則越慢。

參考資料:
天文年鑑,臺北市立天文科學教育館編輯出版
臺北市立天文科學教育館網站  http://www.tam.gov.tw