當古生物得了癌症:一個2億4000萬年前的骨癌病例

當古生物得了癌症:一個2億4000萬年前的骨癌病例
Photo Credit:RT/達志影像
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今年(2019年)2月的《美國醫學協會腫瘤學》(JAMA Oncology)就刊登了一篇新的研究發現:2億4000萬年前左右的癌症紀錄。這篇研究並不是談論人類身上所發現的癌症,而是在一隻存活於2億4000萬年前的早期烏龜所發現的癌症。

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文:蔡政修(任教台灣大學生命科學系,生態學與演化生物學研究所,《科學月刊》副總編輯)

癌症,似乎已經完全融入人們的生活,雖然當大部分的人在得知親朋好友罹患癌症時還是會很難過,但也漸漸地學會接受這不可避免卻又殘酷的事實。

廣義來說,癌症是身體細胞不正常增生或分裂的現象,而此情況會發生在身上各個部位,如肺癌、大腸直腸癌、胰臟癌、血癌及骨癌等不同器官的病變。於是,大量的資源、心力每年固定投入相關研究,希望可以更瞭解該如何預防、治療癌症。

古生物學與癌症間的連結

古生物學和癌症似乎八竿子打不著,但如果仔細想想這兩個領域所涵蓋或被涵蓋的範圍,就會發現兩者也有重疊的部分,因為古生物學的研究也包含過往生物的病理學,也就是古病理學(paleopathology),而要理解癌症的起源、演化或發生原因等議題,當然也涵蓋在病理學的範疇裡,有了古病理學的知識後,就可以更進一步地解開那真正引發癌症的根本原因。

從這樣的思維起頭,古生物學不只和癌症研究離得不遠,甚至可以填補人們對於理解現代癌症起源、演化所不可或缺的一個關鍵學門領域。今年(2019年)2月的《美國醫學協會腫瘤學》(JAMA Oncology)就刊登了一篇新的研究發現:2億4000萬年前左右的癌症紀錄。

2億4000萬年前,也就是地質年代中生代(Mesozoic)三疊紀(Triassic)中期,是大家所熟知及熱愛的恐龍類群即將要開花散葉,在地球上演化的時間。所以,不訝異的,這篇研究並不是談論人類身上所發現的癌症,而是在一隻存活於2億4000萬年前的早期烏龜所發現的癌症。

那隻罹患癌症的可憐烏龜

這隻「烏龜」的來歷可不小,在2015年才剛被正式發表在《Nature》,並命名為一種新屬新種。此物種名字為羅辛祖龜(Pappochelys rosinae),pappos在希臘文中為祖父的意思,而希臘文中的chelys是烏龜,另外的rosinae是以修復、整理這件化石標本以供研究的清修師羅辛(I. Rosin)命名。

光是從羅辛祖龜命名的方式,大概就可以想像其背後有著有趣的演化故事,雖然名字有「龜」,但是其「祖父」的含義,意味著這其實不是平常所認知的烏龜,而是在「真正的烏龜(Testudines,龜鱉類群)」演化出來前,可能的烏龜祖先。因此,在生物的分類群中,羅辛祖龜是被歸在泛龜類(Pan-Testudines)。光從名稱來看,就可以感受到羅辛祖龜對於瞭解龜鱉類群早期演化及起源等議題有著相當重要的地位。

最早羅辛祖龜的化石標本於2006年在德國的礦場被發現時,前後陸陸續續有大約20件標本被挖出來。大多數的化石是不完整的,甚至難以確定是否為同一個體,但藉由觀察化石是否有重複的部位,能大致判斷零散的化石是否為同一生物。

2015年發表在Nature的羅辛祖龜研究成果當然很令人興奮,但是一篇研究並無法涵蓋所有的研究面向,更何況有20件左右的化石標本可供研究,許多的未知與可能性仍待更多後續的研究。

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圖片來源:由photosforyou在Pixabay上發布
藉由觀察化石是否有重複的部位,能大致判斷零散的化石是否為同一生物。(圖為示意圖,非文中描述羅辛祖龜的化石標本)
烏龜得了什麼癌症?

當德國柏林自然史博物館(Natural History Museum, Berlin)的研究人員檢視存放於斯圖加特州立自然史博物館(State Museum of Natural History Stuttgart)羅辛祖龜們的標本時,一件標本編號為SMNS 91680、左大腿骨標本看起來不太尋常的羅辛祖龜,立刻吸引他們的目光。以肉眼觀察左大腿骨上半部,可清楚看到骨頭外部有著不尋常增生或創傷的痕跡。柏林自然史博物館古生物學家們集結醫生及研究人員,進一步利用微米級電腦斷層掃描(micro-computer tomography)等方式觀察骨頭內部,確認有無任何內部的形態結構及特徵,能判定這隻生活在2億4000萬年前的羅辛祖龜承受什麼疾病的折磨。

斷層掃描後發現,在骨骼增生的大腿骨範圍中,從結構上來判斷,大致可以分成三層:內部的骨髓腔(medullary cavity)、中間的皮質骨(cortical bone)和最外面的增生層。其中最大也最重要的問題就是:外面的增生層是什麼原因所造成的?

醫學上的病理判斷和生物分類的方式有異曲同工之妙,都需找到可以分門別類進行診斷(diagnose)的特徵。外部的增生層幾乎是整面、完整包覆中間的皮質骨,這在病理特徵上排除大腿骨增生是由外生骨瘤(exostosis),再加上如(1)外部粗糙、凹陷的表面,(2)皮質骨層的外圍看來是原生的表層,沒有任何溶解過或損傷的現象及(3)內部的骨髓腔看來也沒有受到任何的影響等特徵,可以判定這外部的增生層應該是由骨膜骨癌(periosteal osteosarcoma)所造成。

雖然,從僅存一部分的化石標本判定,很難完全的蓋棺論定這就是研究論文判定的骨膜骨癌,畢竟尚無任何的軟組織可以進行病理組織學(histopathology)上的確認。不過,科學研究有趣的就是有幾分證據進行幾分的推測,現有的假設、推論很有可能會因後續更多的發現而被推翻,但如果沒有這些初步的研究、論述,更多的後續研究也就無法被開啟。

幾乎所有的癌症或大部分病症都需要有軟組織的構造才能在病理學上有更確切的斷定,但是以骨頭研究為主的古生物學,仍可以帶給人們許多的驚喜去瞭解在骨骼上留下跡象的疾病起源及演化歷史等重要線索。如同羅辛祖龜的骨癌例子,或在1997年的Nature也刊登一則有趣的研究,研究人員從化石骨骼發現,暴龍也會得痛風!

以古鑑今——由過往紀錄追尋現代謎團真相

能在化石紀錄中找到癌症或其他疾病的紀錄至今仍少之又少,但每一個新發現都能帶給人們很大的啟發,從這2億4000萬年前的骨癌例子就清楚的指出,目前困擾著現代人類(Homo sapiens,智人)的癌症其實在脊椎動物演化史中有著相當久遠的歷史脈絡,而不是近代才演化出來的「文明病」,相信這樣的古生物學研究也將會給醫學相關的研究人員有一定的啟發,重新去看待並以不同視野去尋找該如何應對癌症等棘手的問題。

最後,如《科學月刊》591期的台灣古生物專輯,試著讓大家知道台灣的古生物研究也是有著相當的潛力及可能性。如果大眾能抱有這樣的思維,生存在台灣的古生物或古人類們也曾罹患過癌症或其他疾病,便能夠更進一步探討疾病或相關議題,就待人類何時能「喚醒」沉睡在千百萬年前、腳底下的失落世界。

本文經科學月刊授權刊登,原文刊載於此

責任編輯:朱家儀
核稿編輯:翁世航

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