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知識大圖解:自然界的衛星導航

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Nature's satnavs在見不到日月星辰的陰雨天,人類會使用指南針導航;最初製作指南針的材質是具有磁性的極磁鐵礦,也稱磁鐵礦。極磁鐵礦是種氧化鐵,更是地球上最具磁性的天然物質。有趣的是,地球上數種動物也演化出利用極磁鐵礦的體內指南針。

自古以來,這種用來導航的適應機制便已存在,即便是細菌這類結構簡單的生物體,也可以察覺到地球磁場。趨磁細菌會製造一串連續的磁鐵礦或是硫複鐵礦(類似磁鐵礦的氧化鐵)。這一連續的磁鐵礦或是硫複鐵礦會在地球磁場中旋轉,而這些微生物很輕,因此也會跟著旋轉──就如同指南針的指針。趨磁細菌運用體內的指南針,可以避免遭外力帶離最適生存的狹小棲息區域。

磁鐵礦也存在於企鵝、魚類等更大型生物的體內,但牠們並不是運用磁鐵礦讓身體像指南針指針般旋轉,而是把這種金屬化合物融合在神經細胞內。因此這些生物基本上有如配置了導航的第六感般,加上運用地標、太陽方位等,便能辨識方向。

生物不只會運用磁性金屬以察覺地球磁場;有些物種還可利用眼中的隱色素蛋白質察看磁場。隱色素蛋白質細胞另可調節晝夜節律的醒睡週期,對藍光有反應,並會產生兩個旋轉且具有化學反應性的自由基分子。地球磁場會改變這些自由基的旋轉方向,讓動物得以確認身在何處。

鯊魚與魟魚等軟骨魚類也可察覺地球磁場。軟骨魚類臉上有特別的羅倫氏壺腹器官,能感應水中電場。洋流不僅會受到地球磁場影響,還會釋放電子信號;軟骨魚類的神經細胞可感知這些電子信號以確定方位。

信鴿是怎麼從一處飛到另一處?

有人認為信鴿為了在新環境中飛行,會運用整合過的種種線索。信鴿的磁感能夠感知地球磁場,以判斷自己大約身在何處。在過去,人們往往認為信鴿判別方位是利用喙中一群含鐵細胞──使得鳥喙如同指南針般;而直至最近才確認這些含有鐵質的細胞原來是免疫系統細胞。最新研究發現,信鴿有兩套不同的系統可用來偵測地球磁場,一套在眼睛裡,另一套則在耳朵中。

人類可以感覺到地球磁場嗎?

有證據顯示大型哺乳類動物,甚至人類,或許也能感受到地球磁場。人類鼻骨裡發現有磁鐵礦,而人類眼睛中更發現有對磁性敏感的隱色素。即便如此,我們對磁場感受的理解仍不夠透徹。然而,熱衷身體改造的團體持續進行著磁性敏感度的試驗;受試者利用整形技術,將以矽包覆的釹磁鐵植入指尖。指尖植有磁鐵的受試者可使迴紋針漂浮起來。

本文節錄自《How It Works知識大圖解 國際中文版》第05期(2015年2月號)

更多精彩內容請上知識大圖解


為什麼貓咪愛紙箱?

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文/Bryan Gardiner
譯/IvyP

兩腳獸們快振作起來!你家主子可能對新買的高級抓板一點不感冒,但是有一樣東西保證能引起它的興趣。想必你可能也在網上的各種圖片和視頻中看到過,它就是紙箱!真的,不管什麼紙箱都行,大的、小的、形狀不規則的都沒關係,只要往地上、椅子上或是書架上一放,就等著看你的貓強佔地盤吧。

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據說,紙箱放久了就會長出貓。親測有效!圖片來源: thechronicleherald.ca

我們到底該如何理解這種紙箱對家貓的奇怪吸引力呢?和貓的許多其他異常古怪的行為一樣,科學家們還沒能完全解開這其中的奧秘。一種解釋是,紙箱是貓捕獵時的好幫手,它們喜歡突襲,因此盒子是絕好的藏身之地。不過,原因肯定不止這麼簡單。

幸好,行為生物學家和獸醫們提出了其他幾種有趣的解釋。實際上,當你把所有線索串在一起時,可能會發現貓不只是喜歡鑽紙箱—— 它們可能的確需要這麼做。

有壓力,找紙箱

貓之心,海底針。畢竟,要研究貓並不容易。不過,科學家們還是利用實驗貓進行過不少行為學研究。這些研究已經進行了超過50年,得出的一個明確結論就是:你家絨毛球的安全舒適感來自於封閉空間。

有幾個原因能支持這種說法,不過當貓感到有壓力時,紙箱或是(在封閉公寓裡的)其他封閉的地方,會給它們的行為和生理帶來巨大影響。

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“爺現在壓力山大,勿擾!”圖片來源:aliceowens.com

荷蘭烏得勒支大學的獸醫克勞迪婭.芬克(Claudia Vinke),研究了收容所貓咪的壓力水平。在荷蘭的一個動物收容所裡,芬克把新來的貓分為兩組,給其中一組準備了紙箱,另一組則沒有。結果她發現,這兩組貓的壓力水平出現了明顯差異。實際上,有紙箱的一組貓能更快適應了新環境,它們的壓力遠小於另一組,並且更有興趣與人類互動。

幾乎所有的貓感到緊張時的第一件事,就是躲起來。如果考慮到這一點,那麼這就不難理解了。芬克在電子郵件中寫道:「貓應對環境改變和壓力因素時的行為策略就是躲藏。」

不論是生活在野外的貓,還是你家裡的貓,情況都一樣。唯一不同的是,野貓會藏到樹頂和洞穴,而你的貓可能就要到鞋盒裡尋找安寧了。

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愛紙箱可不是家貓的專利。圖片來源:deathandtaxesmag.com

要逃避,找紙箱

另一點需要注意的是,貓非常不善於解決衝突。引用一句來自《家貓行為背後的生物學》(The Domestic Cat: The Biology of its Behaviour)書中的內容:「貓似乎沒有發展出像其他更喜歡群居的動物一樣的衝突解決策略,因此它們逃避針鋒相對場面的辦法就是,迴避對方或是減少活動。」

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“我想我需要一個人靜一靜……”圖片來源:4ever.eu

所以貓遇到問題時不會去解決,而是更傾向於逃避。這種情況下,紙箱就成了安全地帶,往裡面一縮,所有焦慮、敵意和不必要的注意力都會統統消失。

很明顯這種解釋存在一個問題,那就是本來只是喜歡紙箱而已,這樣一說似乎鑽紙箱成了貓情緒有問題的表現。我不知道你怎麼想,但是對我來說,下面影片中的貓Maru不像是壓力大。

天太冷,找紙箱

如果你夠仔細,可能就會注意到除了紙箱以外,許多貓還會選擇其他奇怪的地方來放鬆。有些會蜷在洗手池裡,還有的喜歡呆在鞋裡、碗裡、購物袋裡、咖啡杯裡、空蛋托裡,以及其他狹小封閉的空間裡。

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沒有紙箱,洗手池也湊合。圖片來源:naver.jp

這就引出了另一個貓特別喜歡小紙箱(以及其他看上去不太舒服的地方)的原因——外面太冷了!

根據2006年一項國家研究委員會的研究,家貓的熱平衡溫度是30~36℃,貓在這一溫度範圍中會感到舒適,並且無需額外產生熱量來保暖或者消耗代謝能量來降溫。這一溫度剛好比人體最適溫度高出6.7℃,這也就是為什麼你鄰居家的貓會在夏天大中午攤在柏油馬路上曬日光浴了。

這也是為什麼貓喜歡蜷縮在小紙箱裡和其他奇怪的地方。瓦楞紙板是絕佳的隔熱材料,狹小的空間讓貓不得不蜷起來或是採用其他高難度姿勢,進一步幫助它們保暖。該研究還發現,大多數貓窩周圍的溫度都在22℃左右,比貓最低的最適溫度還要低近10℃。

所以原因就是這樣:盒子既能保暖又能減壓,貓在這裡能藏身、放鬆、睡覺,偶爾還能給家裡住著的巨型兩腳獸來個突然襲擊。

▲大貓也無法抗拒紙箱的魅力

參考資料:

    1. What’s Up With That: Why Do Cats Love Boxes So Much? WIRED [02.03.15]
    2. Vinke, C. M., Godijn, L. M., & van der Leij, W. J. R. (2014). Will a hiding box provide stress reduction for shelter cats?. Applied Animal Behaviour Science, 160, 86-93.

本文轉載自果殼網

科學家解開變色龍不用穿洋裝也能變色的祕密

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忘了那件白金又藍黑的洋裝吧。(圖片由作者合成)

忘了那件白金又藍黑的洋裝吧,在大家詫異洋裝如何變色之前,變色龍早已經是變色高手。但變色龍究竟如何變色一直是個謎。

通常變色龍會盡可能地變色以融入背景中,達到偽裝的效果。但是當他們面對威脅時,能夠快速地變成極具警告意味的顏色。過去科學家都以為他們是藉由調節皮膚細胞中的色素來變色,但日內瓦大學(University of Geneva)的研究團隊發現,變色龍的易容術竟然是透過重新排列皮膚細胞表層奈米結晶的晶格!

彩虹色素細胞(iridophores)含有鳥嘌呤(guanine)結晶。這些結晶排列整齊,所以可控制它們反射特定的顏色。如影片中看到的,變色龍原先為綠色,一旦遇到對手,他們便繃緊皮膚,擴大奈米晶格以反射較長波長的光線(黃色),先嚇嚇牠。不僅如此,研究團隊還發現,變色龍具有位於更深層的奈米晶格,這層結構能反射紅外線,讓他們多一種調控體溫的機制。

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from: Pixabay

研究成果發表於《Nature Communications》。這項發現未來或許能開發出拉扯時會變色的新材料。

聞聲?真的有生物以肺當耳

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約4億年前,海洋生物踏出了登上陸地的第一步,但是約3億年前,陸地生物才發展出完整的耳朵,那麼在這段演化的過度期中,這些生物是如何聽見外界的聲音呢?horse-ears-49636_1280

第一步:魚在水中如何聽見聲音?

人類擁有外耳、中耳、內耳,相較之下,魚的聽覺構造只有內耳

魚聽見聲音的機制為聲壓在水中產生波動,當波動傳到內耳時,耳石會幫助聲音的解析,但是如果在空氣中,因為魚聽覺組織的密度和空氣密度相差很大,根據Snell’s Law,聲波會幾乎百分之百反射,不會進入魚的內耳,所以魚在空氣中無法聽見聲音。

因此為了在空氣中聽見聲音,陸生生物發展出鼓膜來幫助聲音傳遞,那在鼓膜完全發展之前,遠古的陸生生物是如何聽見聲音的呢?

第二步:演化過渡期-非洲肺魚

為了解答這個問題,丹麥的科學家先對非洲肺魚進行研究,因為非洲肺魚(African lungfish)是已知最接近遠古陸生動物的品種,牠們和遠古陸生動物一樣缺少中耳,且同時擁有充滿空氣的肺。

科學家將肺魚放置在金屬管中,從另一端輸入聲波,同時觀測腦幹和聽覺神經的反應,偵測牠們是否能感受到聲音。

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肺魚

研究結果發現,肺魚對頻率約200Hz的聲波有反應,同時牠們肺中的空氣還會隨著聲波的傳遞而發出嗡嗡聲,對此,科學家猜測肺魚是由充滿空氣的肺來感受聲音,為了證明這個想法,他們必須測出肺魚的肺會對200Hz左右的特定聲波有所共鳴。

再次實驗後,透過X光,科學家發現肺魚的肺在約300Hz的聲波時,會隨之震動,因此可以推定肺魚是利用肺的震動來感測聲音。

第三步:早期爬蟲類的聽覺

接下來,這群科學家把注意力放在有尾目的動物(salamander)上,例如蠑螈、娃娃魚等,他們的聽覺構造和早期爬蟲類的聽覺構造相同,這可以讓科學家更加釐清第一批登上陸地的四腳動物是否能聽見聲音。

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有尾目

科學家利用和第二步相同的實驗方法,偵測蠑螈對聲音的反應,結果發現在水中時,蠑螈能偵測到頻率高於120Hz的聲波,相較於肺魚只能聽見約200Hz的聲音,很顯然的,雖然還是缺少中耳,這群動物對聲音的感受度比他們的祖先—肺魚好上許多。

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有尾目

 結論

綜合以上兩項研究,劍橋大學的古生物學家—Jennifer Clark認為,雖然沒有明顯的聲音演化適應結構,但遠古陸生動物能透過肺的幫助來感受聲音,甚至有人推斷:肺在35億年前就演化出現,因此那時候的生物都可以在水中,透過肺來偵測聲音。

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地球發展已有46億年,環境也不停改變,上億種生物都有各自的適應機制,或許被淘汰;或許被留下,但每一次發現都讓人自嘆人類的渺小,與自然的奧妙。

參考資料

  1. Early land animals heard sounds with their lungs
  2. Wikipedia—Salamander

一首歌的時間就能變形的「變形蛙」

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刺棘凸起模式(左)。光滑模式(右)。

刺棘凸起模式(左)。光滑模式(右)。

這種棲息在厄瓜多爾中北部的「變形蛙」(Pristimantis mutabilis),能讓原本光滑的體表佈滿刺棘凸起,這是首度知道兩棲類有「變形」的能力。

發現者是凱斯西儲大學(Case Western Reserve University)的博士生凱瑟琳(Katherine)與她的丈夫Tim Krynak。其實這種「變形蛙」2006年就被發現,而且牠的近親也具備變形的能力,只是過去都沒有研究報告。

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隨著時間,「變形蛙」表面的刺逐漸消失,三分鐘多之後就呈現平滑的體表了。

研究團隊研究發現,給「變形蛙」一首歌的時間-大約3分鐘多,牠就能改變體表。他們認為,這項發現會影響我們對物種的定義及鑑定,可能會需要比過去更長期的野外觀察才能區分不同種。研究發表在《林奈學會動物學期刊》(Zoological Journal of the Linnean Society)。

凱瑟琳和Krynak暱稱這種蛙為「龐克搖滾樂手」(punk rocker),因為牠的表面佈滿了刺棘狀的凸起。之前Krynak用杯子抓過一隻,隔天再觀察牠卻發現牠不再「龐克」,只有光滑的體表,還因此以為凱瑟琳抓錯隻了。她說:「我把牠放回杯子,還放入了一些苔蘚,牠的『刺』居然長回來了!我們都無法相信看到了什麼,這隻蛙改變了牠的表皮。」當蛙再被放在白色的光滑背景,牠的「刺」又消失了。凱瑟琳推測,「變形」具有擬態、偽裝的效果,使這種蛙能夠躲避天敵的攻擊,不過這推測還需要更多的研究支持。

參考資料:Shape-shifting frog discovered in Ecuadorian Andes. Phys.org [March 23, 2015]

研究文獻:Guayasamin, J. M., Krynak, T., Krynak, K., Culebras, J. and Hutter, C. R. (2015), Phenotypic plasticity raises questions for taxonomically important traits: a remarkable new Andean rainfrog (Pristimantis) with the ability to change skin texture. Zoological Journal of the Linnean Society, 173: 913–928. doi: 10.1111/zoj.12222

好蝦,不吃嗎?

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文/吳依璇、熊衎昕

櫻花蝦初登場

餓了嗎?來碗櫻花蝦炒飯吧!

櫻花蝦炒飯

繪師:忽田各♂舒服~FF Y0304來源。原櫻花蝦人設繪師:初夏

來到屏東東港鎮或小琉球就該來吃當地的名產─櫻花蝦!但是為什麼這裡會產櫻花蝦呢?

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活跳跳的櫻花蝦,成蝦身長約40mm,來源:東港櫻花蝦產銷班

正櫻蝦,俗稱櫻花蝦,學名Sergia lucens,英文名sergestid shrimp。成蝦身長約40mm,全身佈滿約160個左右發光器及紅色素,呈現半透明紅色。在海中就像是散落吧,千本櫻片片漂流的櫻花而得名,也是馬路東港三寶之一。

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櫻花蝦的命名由來,來源:初夏的東港之櫻,繪師:初夏

櫻花蝦喜歡棲息在水深約150公尺、含有大量泥沙的海底峽谷周遭的海域。日落前上浮,日出後下潛。櫻花蝦吃著比她小的磷蝦們,也被大眼鯛、白帶魚等補食,在大海裡載浮載沉,過著牠的浮游蝦生。

最早,大森教授(Omori ,1969)認為只有在日本靜岡縣駿河灣沿海以及東京灣、相模灣等地才會有這種柔柔亮亮、閃閃動人如同海中落櫻的櫻花蝦。殊不知多年以後,大森教授(Omori, 1988)發現臺灣東港居然也有櫻花蝦!

大森教授是怎麼知道臺灣有櫻花蝦的呢?原來是游祥平教授特地告訴大森教授,大森教授原本還不相信,看到標本以後特地衝到臺灣來鑑定的。

何處是蝦窩?

在臺灣西南海域裡,櫻花蝦最愛窩在高屏和枋寮海底峽谷頭部附近,也就是東港外海(Lee et al., 2004)。

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紅線內為櫻花蝦的發現地點,(修改自Omori, 1988)。

目前櫻花蝦為什麼對生活在高屏和枋寮海底峽谷頭部附近情有獨鍾,至今還沒有明確結論。可能是因為東北側有陸地阻擋了東北季風進入,以及高屏溪、東港溪、林邊溪、率芒溪、枋山溪和楓港溪等河水匯入造成多變的海洋環境(lee et al., 2004),峽谷頭部內複雜的湧升流使底部含有豐富營養鹽的冷水湧到表層(Chiou et al., 2011),尤其高屏溪是把來自陸上富含營養鹽的沈積物直接輸送到高屏海底峽谷(Chiang and Yu, 2010; Chiou et al., 2000)。豐富的營養鹽引來浮游生物,浮游生物則引來櫻花蝦在此聚居。

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高屏海底峽谷頭部承接高屏溪河口(Chiang and Yu, 2010)

但是,櫻花蝦不是固定在某一地點生活,受到不同因素影響,春夏季時牠們會在北邊一點,秋冬時則往南邊一點,因此漁場也隨著季節改變(Lee et al., 2004)。

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春夏季時北邊K點會形成櫻花蝦的漁場,秋冬季時則於南邊S點(Lee et al., 2004)。

 消失的菜餚?

櫻花蝦營養好賣價高,人人見了都喜愛,許多漁民爭先恐後的捕撈櫻花蝦,曾一度造成櫻花蝦產量銳減。為了讓櫻花蝦產業可以永續發展,在「櫻花蝦博士」陳守仁博士的大力協助下,水試所和區漁會於 1992 年號召船主成立櫻花蝦產銷班,並於 1994 年訂定公約及管理辦法,規定每年6月至10月為禁捕期,改捕撈相似種之中型毛蝦。在撈捕期時,每星期大約捕撈 4 天,每年共捕撈 100 天左右,而且要有「櫻花蝦採捕許可牌」的船隻才能撈捕櫻花蝦。產銷班公約還包括每船每日漁獲量和違規相關處罰等規定,希望櫻花蝦能夠有充裕的時間好好長大被人類吃掉

來看看櫻花蝦船長是怎麼捕捉櫻花蝦的吧,討海人的生活比想像中來得辛苦多了呢。

訂定產銷班公約不只是櫻花蝦漁業資源不但可以永續利用,也可以避免物賤傷農的情況,對於櫻花蝦、漁民和消費者來說是創造雙贏或多贏的局面。人類的欲望早已造成許多魚種面臨滅絕的危機(譬如也是東港三寶之一的黑鮪魚)。多想兩分鐘,我們可以避免濫捕造成物種滅絕,蝦毀人亡。

參考資料:

  • Omori, M. (1969). The Biology of a Sergestid Shrimp Sergia Lucens Hansen, Bull. Ocean Res. Inst., Vol. 4, pp. 1-83 (1969).
  • Omori, M., Ukishima, Y., and Muranaka, F., (1988). New Record of Occurrence of Sergia  Lucens  (Hansen) (Crustacean, Sergestidae) off Tung-Kang, Taiwan, with Special Reference to Phylogeny and Distribution of the Species. J. Ocean. Soc., Vol. 44, pp. 261-267.
  • Lee, K. T., Liao, C. H., Su, W. C., Hsieh, S. H., Lu, H. J. (2004). THE FISHING GROUND FORMATION OF SERGESTID SHRIMP (Sergia lucens)IN THE COASTAL WATERS OF SOUTHWESTERN TAIWAN. Journal of Marine Science and Technology, Vol. 12, No. 4, pp. 265-272
  • Chiou, M. D., Jan, S., Wang, J., Lien, R. C., Chien H. (2011). Sources of baroclinic tidal energy in the Gaoping Submarine Canyon off southwestern Taiwan. JOURNAL OF GEOPHYSICAL RESEARCH, VOL. 116, C12016.
  • Chiang C. S., Yu, H. S. (2010). Sedimentary erosive processes and sediment dispersal in Kaoping submarine canyon. Sci China Earth Sci, doi: 10.1007/s11430-010-4076-y.
  • Chiou, W. D., Wu, C. C., Cheng, L. Z., (2000). Spatio-temporal distribution of sergestid shrimp Acetes intermedius in the coastal waters of southwestern Taiwan. Fisheries Science. Volume 66, Issue 6, pages 1014–1025, December 2000.
  • Wanga, Y.H., Leeb, I.H., Liu, J.T. (2008). Observation of internal tidal currents in the Kaoping Canyon off southwestern Taiwan. Estuarine, Coastal and Shelf Science.Volume 80, Issue 1, 20 October 2008, Pages 153–160.
  • 陳守仁.黃建智.陳羿惠.吳龍靜,流動的水晶─臺灣櫻花蝦,科學發展 2010年8月,452期。http://ejournal.stpi.narl.org.tw/NSC_INDEX/Journal/EJ0001/9908/9908-04.pdf

原刊載於滔滔 Ocean says

【活動紀實】M.I.C. ╳ 科學再發現:野生動物哪有這麼可愛!

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在森林、在海洋、在草原沙漠裡,存在與人類社會迥然不同的野生動物生態圈。人類亟欲窺伺動物們的日常生活,駐足於動物園以及電視播放的動物特輯前,卻難得有機會能夠真正一探究竟。實際與野生動物們相處是什麼感覺?有什麼樣的撇步?如果短期內無法親身參與,那麼就來本次的M.I.C.,讓長期與野生動物相處的生態攝影導演許鴻龍,以及曾在南非擔任獸醫志工的胡雁宜,一同分享與動物親密接觸的每一瞬間!

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要存活,得是行家

《動物魔法師》為視群傳播公司所發行的節目,由許鴻龍先生擔任製作人兼導演,偶爾也參加編劇和攝影的工作。今天許鴻龍先生來與大家介紹這個節目的的企畫內容,也分享一些他對節目拍攝的心得。

「為什麼現生的生物會留存下來?為什麼其他的生物就這麼不見了?留下來的生物一定有過人之處!」這個點子,是許鴻龍先生在拍攝動物生態影片過程中的啟發,因此企劃中統整了現今生物的「生存密技」,分成六大類:「捕食」、「擬態」、「生殖交配」、「築巢」、「親代照顧」、「遷徙」,各配上一段演化學之父·達爾文的格言詮釋,並將每個單元冠以行家之名串聯成系列節目。

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( 動物魔法師節目預告 )

影片中最後出現的鏡頭是台灣夜鷹的夜空飛行,一面發出「錐—錐—」的聲音,很是響亮。至於破蛋而出的鏡頭是在臺中旱溪的河床拍攝,當時氣溫超過三十五度,母鳥會沾濕牠的身體、再用羽毛來替牠的蛋降溫。那時,我們從早上一路拍到下午四點多,蛋就在面前孵化了。老實說,要捕捉珍貴的生態畫面,有時身處的環境條件其實是還蠻惡劣的,但生命誕生的悸動真的會將身上的辛勞感一掃而空,讓你願意用一輩子來投入。

生存原則:「能量經濟學」

在第一集《超級策略家》,我們探討的主題是野生動物的覓食行為。牠們得從生存的環境裡找到足以維生的食物,不過得遵守一個原則—「能量經濟學」:收入必須大於支出。如果一趟覓食之旅耗費的能量超過獲得的報酬,這樣子的動物就會滅絕掉。在這集的內容裡,動物的覓食行為分成兩種類型,一種是像蜘蛛一樣結網、守網待蟲,一種是像石虎主動出擊、打獵食物,但無論是哪種策略都必須斤斤計較著能量的收支平衡。

灰面鵟鷹 )

灰面鵟鷹(灰面鷲)有許多別名,像是國慶鳥、掃墓鳥、南路鷹,這些別名都和牠們十月南下墾丁、四月飛返北上的習性有關。對牠們來說,台灣是短暫的居所,牠們繁殖的地點主要在北亞,如日本、中國大陸、西伯利亞。當牠們群起南下避冬時,在極盛期甚至可以在墾丁上空看見盤旋的「鷹柱」,吸引賞鳥者雲集。而在牠們要飛回北方繁殖前,會在台灣中部的八卦山地區稍作停留,此時正好是三、四月的清明時節,台灣人掃墓時所放的火將蛇、蜥蜴、昆蟲驅出草堆,正好讓鷹群飽餐一頓。如果哪一年開始我們不再掃墓,灰面鷲就會失去一個重要的棲地了。要想保育一個物種,尤其是季節性候鳥的保育,經常不只是保護單一一個地區,而是得將繁殖地、過境區、度冬地三個地區一起保護。

攝影的技法

拍攝這些生態影像時,有所謂六大常用的技法—空中攝影、水底攝影、望遠攝影、近攝攝影、顯微攝影、曠時攝影。空中攝影如模擬灰面鷲的視角,俯瞰墓園;水底攝影,如記錄奧氏後相手蟹(一種陸蟹)在水中釋幼的畫面;望遠攝影,如利用望遠鏡頭,觀察只可遠觀、不可靠近的灰面鷲;近攝攝影,用來特寫容易靠近的昆蟲等,拍下台灣大蝗的臉譜;顯微攝影,用來精準描繪陸蟹的大眼幼蟲形態;曠時攝影,則可以用來呈現植物幼苗在一段時間裡生長的動態。

15643023126_356d4957dc_z前輩有言:「攝影,就是用光(Photo)來畫畫(graphy)。」掌握環境的光、所打的光不衝擊到攝影對象,再控制質與量,你就能拍出好的生態作品。甚至,攝影工作者能和科學家合作,一起將珍貴的生物生態介紹給大家,例如這支介紹墾丁陸蟹產卵艱辛過程的《月光海岸》


 

跟著南非大個子獸醫出診去

就讀台大獸醫四年級的胡雁宜,在大三升大四的暑假去南非的野生動物農場實習,今天她要來和我們分享她的農場實習甘苦談。

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南非的動物農場是片只有藍天、沒有白雲、一望無際的原野,而視野所及之處盡是「農場」,草原上那些我們所認知的野生動物,在這裡都成為「農場動物」。一般的動物若是要看獸醫,只要飼主把動物帶去給獸醫看就好,但在這裡,只要一通來電,我們就必須開兩三個小時的車趕去農場,有時候甚至還要用直升機來做地毯式搜索,找出行蹤不定又善於躲藏的動物。

醫療對象都不是些小動物,都是像羚羊、獅子、長頸鹿這種我們不能直接去抓牠的動物。如果服務對象是獅子農場,我們就還要坐有籠子保護的越野車,把我們自己關起來,有時候運氣不好,獅子還會把你的車子給弄翻,但至少不會被咬啦!這時候就要用無線電、手機向其他工人求救。

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我們會使用麻醉槍來麻醉牠們,而且射出去的麻醉針還得盡早回收,不然可能會造成感染,甚至可能被誤食,那樣子就糟了。我們的治療對象有像是非洲水牛,蛇(比較少)、獅子、長頸鹿、羚羊、大象。比較特別的是,獅子農場要單獨經營,不可以跟其他動物混養,不然其他動物可能就會越來越少~至於獅子以外的動物就比較沒有這種被吃掉的問題,牠們頂多就打打架。

南非的冬天氣候乾旱,一場草原大火兩小時之內就可以燒掉三分之一的農場,造成巨大損失,就得花大筆錢去買牧草給動物吃。為避免火勢蔓延到自家,農場之間會互助合作通報火訊。南非的植物無論是樹叢或樹,常常上面都長滿尖刺,一不小心就會被扎到流血。

仰賴團結合作的動物運輸

15480596908_9023e5c5cd_z我們最常做的事情,是在譬如買賣時需要的動物運輸。像是一隻水牛,就會需要五到八名人力來搬運。野生動物要比較麻醉比較困難,因此一旦完成麻醉,就要出動所有人力盡快完成所有能趁此時作的工作,比如說適孕能力的評估,還有動物軀體部分的測量。有些測量項目會影響到這隻動物販售的價格,例如角越長能賣到越高的價格,同時也能推測動物的年齡和生長狀況。另外,我們的工作環境不像獸醫院那麼完善,有時候動物在樹叢裡被麻倒,我們就得衝到樹叢去做測量。

有些動物實在太大,或是具有危險性,我們就有需要在麻倒動物後,綁住牠們的肢體、蒙住眼耳,等事情做完以後再用回復藥處理。比如說長頸鹿,我們用繩子綁著牠,這時候牠的臉和眼耳都被遮住,還用馭馬的轡頭來控制牠的方向。長頸鹿真的非常高,而且脖子肌肉很有力,需要三四個人來拉繩、謹慎地控制,不然有時候長頸鹿脖子一甩,拉繩的人就飛起來了。長頸鹿每次的跌倒都可能會摔斷脖子,牠也是一種容易緊迫而死亡的動物,我們必須要確保行動能將牠擋下來,還要確定倒下的位置是能夠迅速進行處理的地方。等到控制就緒,就可以開始遛長頸鹿了~

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獅子的處理比較特別。為了就近觀察,我們必須要把獅子移到某個小小的園區。不過,釋放獅子後我們必須要處除掉所有人為可能留下的痕跡或氣味,不然下次行動時,牠們可能就會查覺到,到時候要捕捉就沒那麼容易了。順帶一提,雖然這些動物體型都算大,但保護色讓尋找牠們變成難事。當沒有直升機的時候,我們就會築起高台,利用偵測器和發號台來偵測牠們的行蹤。

野生動物的醫護任務非常需要大家的團結合作。即使是其他較小的動物,像是驢子、牛、馬,為了減少緊迫,必須有很多個人一起幫忙固定動物,以順利在原地完成產檢、結紮、甚至處理死胎。有時候甚至不戴手套,整隻手就伸進動物的身體裡!也有時候,你得用手電筒、簡易的手術器材,以彆扭的姿勢完成手術。手術用具可能也有消毒問題,你可能不知道上次消毒是什麼時候,就必須緊急使用手術器具幫動物開刀。若到現場時動物已經不幸死亡,就需要進行屍解分析死因、是否有傳染病。

盜獵與動物買賣

在台灣,我們偶爾會聽到犀牛或大象的盜獵事件。在當地,我們若聽到犀牛被盜獵的消息,就得火速趕往現場,並將犀牛去角、盡快用抗生素和醫藥處理,以消除盜獵的誘因。犀牛角的價格比整隻犀牛還高,獵殺犀牛是非法行為,甚至連持有犀角都要有證照。由於犀牛角就算只留下五公分也會受盜獵者覬覦,因此去角必須去得非常徹底。當地非常痛恨盜獵行為,甚至有盜獵者的睪丸可以治療HIV的宣稱。(小犀牛畫面)順帶一提,去角行動通常是區域性的,一次就要去除整個區域的犀牛角,而且不分公、母,避免整個犀牛族群的角變得越來越短。

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動物運送的時候,我們就在貨車後座跟動物待在一起,偶爾也會有狀況,像是被弄到懸空在車外。在南非的農場一年二次的動物拍賣會,會有像獅子、水牛、長頸鹿的拍賣。動物們關在圍籬中,買家們會從縫隙評估動物商品的狀況。在拍賣會上,大家透過監視器螢幕評估貨況後開始出價。這時候,我們偶爾也幫忙動物餵食。

除了犀牛以外,在當地打獵野生動物的行為是合法的,有人會付錢進農場打獵並把獵物帶走。在那邊,我們也可以吃到各種動物的肉干,像是一種叫英文叫Impala的羚羊(中譯:水羚)。

再來是非洲漂亮的動物們,可以從牠們的屁股辨認,像是數目很多的平原斑馬,或是屁股有一圈馬桶蓋的水羚(Waterbuck),還有黑斑羚(Impala)。其他像是非洲牛羚,要認牛角的方向;還有瀕臨絕種的大犀鳥,和不怕人的網紋長頸鹿。此外,當地還有一種觀光目的的Predator park,在裡面你可以看到老虎、山貓、獅子這些貓科的狩獵者們,牠們很多不是當地的動物,是被進口來展示的。幼獅這裡甚至還像貓一樣,吵著要被撫摸。


 

Q&A時間

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Q: 為什麼還是有人要養犀牛?

A: 有些人養犀牛的原因是在等待它的買賣變得合法,例如在當地象牙是可以販賣的。另外的原因可能是因為農場有時也會成為犀牛的收容所。南非也有些區域是為了主動保護犀牛而去養犀牛。

Q: 養完之後動物的買家有哪些?

A: 買賣者和農場主人許多都是白人,農場管理者可能多是黑人。有些農場是開放打獵的,有些是為了賣動物而養的,那些動物甚至還有保險、落實檢疫。

Q: 想請問許鴻龍先生使用的攝影器材? 影片或攝影的選擇?

A: 常使用的像是Sony FS 700和GH4。其實硬體門檻比起過去已經大大下降,找好主題和好故事反而比較需要花心力。過去從4K到8K的年代,未來數位將會把底片給淘汰……

Q: 許先生在公司裡接的業務案哪些類型比較多?

A: 人和土地間的關係、紀錄片、霧林、生態等,還有HD紀錄補助案。在國內要走得長久,要盡量讓影片和題材傳播到國際,才能吸引投資。

Q: 拍攝台灣生態的過程,是否能喚醒對環境議題的重視?

A: 生態記錄只是一種媒介,守護則是主要的目標。我們做的影片都會在片末呼籲一起守護我們的環境。無論故事怎麼有趣,教育對環境友善都是最終的目的。環境的破壞很快,重建很難,還要多花好幾倍的力氣。

Q: 生態拍攝過程中有沒有跟當地居民或跟其他人有過印象深刻的互動?曾有在螃蟹觀察的過程中聽聞螃蟹保護者和當地支持開發的居民起衝突?

A: 有,像是研究陸蟹的劉烘昌老師在後灣飯店開發案的過程中,在後面幾次開商討會時就不再以委員的身分被邀請…..就算是專家有時也無法抵抗。但還是有逆轉成功的例子,像是七星潭、美麗灣,因此不要放棄希望。我們至少目前還沒有遇到暴力衝突、摔機器啦。

Q: 台灣在國際生態攝影市場上還有沒有要突破的地方?

A: 台灣算是野生動物生態紀錄的天堂,珍貴的拍攝地點之間都不算太遠,自然生態資源又充沛,人的心力跟攝影器材也漸漸足夠。不過,說故事的能力和觀點則是相對比較不足一點,編劇和導演有時還是要請國外的來撰寫。期望國內的科普和文字撰寫能夠有所進展突破。


【關於 M. I. C.】

M. I. C.(Micro Idea Collider,M. I. C.)微型點子對撞機是 PanSci 定期舉辦的小規模科學聚會,約一個月一場,為便於交流討論,人數設定於三十人上下,活動的主要形式是找兩位來自不同領域的講者,針對同一主題,各自在 14 分鐘內與大家分享相關科學知識或有趣的想法,並讓所有人都能參與討論,加速對撞激盪出好點子。請務必認知:參加者被(推入火坑)邀請成為之後場次講者的機率非常的高!

「M.I.C. x 民視科學再發現」系列活動指導單位為科技部,協辦單位為民視文化、PanSci 泛科學。

有任何疑問,歡迎透過聯絡表單電子郵件、或於上班時段撥打 (02)3322-1768(台灣數位文化協會)聯繫。

死了一隻鯨魚之後:心跳停止後誕生的新天地

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人死後成為一堆棺材裡的白骨,孝順的話你的子孫或許在清明節想起你,會把你的名字記個一百年,不過你對這個世界的影響大概就只能走那麼遠了。

鯨魚死了以後,全身的養份回歸自然,百年後還能繼續滋養地球上其它的新生命。2015 年的海洋科學年度評論(Annual Reviews of Marine Science) 花了26 頁的篇幅來描述鯨魚死後才發生的奇妙變化。一起來看看。 

腐食者的自助餐廳

當鯨魚的心臟奮力推出最後一盅鮮血,大海的精靈也在那瞬間變成其它生物以搶奪的食物。碩大的身軀在藍色的大海裡緩緩落下,在一陣揚起的沙塵中選擇了未來數百年要停留的地點。生物的組織充滿了其它生物想盡辦法要得到的養份,包括蛋白質、脂肪和核酸等等營養價值高的大分子,這樣一大塊食材從天而降,在這食物完全得靠老天賞賜的海底是件不得了的大事。得到消息的動物從四面八方趕來,從最好的最大塊的肉塊下手,來得晚的就只能選人家剩下的。多毛類、螃蟹都來了。沒下巴可以咬東西的盲鰻群趕來,在屍體間穿梭,在腐爛的肉泥肉屑裡大肆搜括。這場腐肉爭奪戰在數百公尺深的寒冷海床上只能以慢動作進行著,時間可能長達數年。

當肉塊只剩肉屑,主要戰場逐漸轉移到鯨魚的白骨上。鯨魚厚重的骨頭裡裝了滿滿的脂肪,佔總重量的八九成。這些好料被封存在厚重的硬骨質裡面,才能躲過先前腐食動物大軍的搜括。現在這些養份只能從骨頭的裂縫裡慢慢被釋出,不然,就只能期待有某種生物可以像破壞金庫一樣卸除骨頭的保護了。

這時,該是食骨蠕蟲 Osedax上場的時候了。

專門啃白骨的食骨蠕蟲

食骨蠕蟲這一屬(Osedax屬)的生物,最早是 2002 年在美國加州蒙特利灣(Monterey Bay),在2800公尺深的灰鯨遺體上被找到的。這些奇怪的生物常出現在鯨魚屍體留下的骨頭上,身體像個管狀的花瓶,從白骨上向外伸出漂亮的鮮紅色構造,這是牠們的鰓。而在管狀花瓶的基部有根往下鑽進堅硬的骨頭裡,似乎正從骨頭裡擷取別人看得到拿不到的珍貴養份。當研究人員把這長相奇特的生物帶進實驗室裡解剖,卻驚訝地發現這蟲有個驚人的秘密:牠們沒有口,沒有胃、沒有肛門,這種能一點一點啃掉鯨骨的怪物居然沒有消化道!

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MBARI 的研究中發現鯨魚骨骼上出現的食骨蠕蟲。 照片來源: Monterty

食骨蠕蟲的難題

這神奇的動物沒有口,所以沒有機會靠利齒刺穿硬骨。食骨蠕蟲長出長長的根狀體深入骨頭裡,在分析牠們根狀體組織後,研究人員發現在這裡有兩種產酸的基因大量表現,顯示這個構造具有大量向外分泌酸的能力,用酸來把硬骨溶掉。硬骨質被溶開之後,夾雜在裡面的膠原蛋白和脂肪們就會被釋出,可以被動物利用了。有趣的是,我們身體裡控制骨骼改建的噬骨細胞(osteoclast),也是使用一樣的方法來溶掉不需要的骨頭。

研究人員在解剖根狀體後發現裡面竟然是裝滿共生的細菌。在海底這種不毛之地,海洋無脊椎動物和細菌間的互利共生還不算少見。最著名的例子是在海底熱泉附近的管蟲,一樣是個沒有消化道,卻在身體裡養了一堆細菌房客。管蟲用鮮紅的鰓把海底熱泉噴出來的硫化氫收集送進體內,而體內的細菌房客把硫化氫氧化取得能量,利用這些能量來固碳製造養份,供自己使用,也用來交房租養活管蟲。這些細菌房客的功能重要性,就如同是在這個海底暗黑生態系裡的藻類一般,製造出維持生態系所需要的有機養份。

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食骨蠕蟲 Osedax rubiplumus. 照片出處: BMC Biology 7: 74. doi:10.1186/1741-7007-7-74

食骨蠕蟲的細菌房客

回到我們的食骨蠕蟲。牠們的細菌房客們也像藻類一般提供養份,有著支持生態系的光環嗎? 研究人員在 2014 年把食骨蠕蟲根狀體裡的共生細菌小心過濾出來,把基因體序列給解讀完畢。結果他們發現這些細菌是異營性生物,能吸收利用外界的氨基酸和單糖,卻不像管蟲的房客一樣具有固碳製造有機養份的能力。從基因體大小來判斷,研究人員目前認為這些細菌還保有自己在環境裡生存的能力,可能是食骨蠕蟲在小時候從環境裡招募來的房客。可是光從基因體序列來推測房客有什麼本領,我們的確還看不出來這房客對食骨蠕蟲到底有多重要,或許像我們腸道裡的細菌一樣會製造維生素,或許一些主要的代謝已經全權交給細菌處理,這些要等進一步的研究結果才會知道了。

暗黑世界裡的原核能量流轉

當食骨蠕蟲打開了鎖住養份的硬骨,外頭的細菌便快速進入寶庫,開始利用一批一批出土的養份。在先前腐肉爭奪戰中掉落出來的肉屑們散佈在周圍,成為細菌建立殖民地的理想環境。這些細菌拿了這裡的有機養份,在氧氣不足的底泥裡進行發酵產生了氫氣,第二輪細菌用了這些氫氣當能量產生了甲烷,或把用完的電子塞給海水裡的硫酸根,產生了黑色的硫化氫。第三輪的細菌接手把硫化氫當做能源來使用。這些細菌相互合作把鯨骨裡釋出的養份做了最有效率的運用,在原本應該冰冷荒涼的海底,成就了一個複雜而熱鬧的微生物世界,在鯨骨的附近可以看到大片黃色白色的細菌群體。這時,海底的動物發現了這裡長出了大片能吃的微生物,逐漸從四周逼近來收割食物。養份又重新回到動物的體內。在一輪一輪的傳球後,這些養份逐漸在繁茂的的生命現象後耗竭。

每樣東西都有它的用途

食骨蠕蟲在這場養份轉換中扮演重要角色。在小型鯨魚,或者甚至魚類或鳥類的骸骨上,由於溶開硬骨的的困難度較低,常常可以見到比較多的食骨蠕蟲在白骨上努力工作,數年內這堆白骨會逐漸從海床上消失。但是碰上大型鯨魚,溶開硬骨能得到的養份不夠用,這骨架就可能像不具開採價值的礦坑一樣遭到棄置而在往後的數十年或數百內年內都維持原樣。而海洋生物依然充份利用這項資源,像是海葵這樣的動物就可以利用這擋住水流的大骨架來當做基地,讓自己更容易從水流裡撈取有機物碎屑做為食物。2014 年一個英國團隊發表了的研究檢視了一具在倫敦附近出土的侏儸紀時代的魚龍骨骸化石,上面佈滿各種當時附著在上面的無脊椎動物,儼然像是座古早的魚礁。他們仔細檢視了化石上的化學組成,發現這些生物被擋在骨頭外面,沒能成功入侵取得裡面的大量脂肪當養份。一直到被大量泥沙覆蓋之前,這些大動物的白骨還是開放提供給各路好漢使用。

檢視自己走過的生命,一端是剛出生的小娃兒,另一端是終點死亡,心想大概自己已經比較靠近成為白骨的一端了吧。人除了把白骨放在容器裡等清明節被想起,能不能像鯨魚一樣,讓自己的能量再次成為地球的一部份呢?

參考文獻


兩種以臺灣原住民族命名的菊虎新種:賽德克狹胸菊虎、鄒狹胸菊虎

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文/蕭昀

講到新種就好讓人興奮!雖然圖中的菊虎看起來只像是「觸角又長又不發光的螢火蟲」(咦?怎麼聽起來跟蟑螂也有點像?),但卻有好帥氣的原住民名字,牠們是新種菊虎:賽德克狹胸菊虎和鄒狹胸菊虎。

菊虎科(Cantharidae)是一群色彩斑斕、體態修長且翅鞘柔軟的陸生甲蟲。臺灣的菊虎已知有165種並複分3個亞種,其分類學研究始於二十世紀初,主要由歐洲學者發表了多數的種類,至今國內尚未有專家針對此類群進行專門研究。

黑足隱翅菊虎(Ichthyurus klapperichi Brancucci, 1983) 隱翅菊虎族是一群外型奇特的菊虎類群,牠們的腹部細長且翅鞘短小而無法完全覆蓋後翅。黑足隱翅菊虎是臺灣春夏季十分常見的隱翅菊虎,牠們喜歡聚集於殼斗科花叢間訪花,具有相當好的飛行能力。

黑足隱翅菊虎(Ichthyurus klapperichi Brancucci, 1983)
隱翅菊虎族是一群外型奇特的菊虎類群,牠們的腹部細長且翅鞘短小而無法完全覆蓋後翅。黑足隱翅菊虎是臺灣春夏季十分常見的隱翅菊虎,牠們喜歡聚集於殼斗科花叢間訪花,具有相當好的飛行能力。

由於菊虎的體色變異範圍非常大,所以很難從牠們的外表來鑑定種類。直到20世記中葉,堪稱菊虎分類之祖的Wittmer建立了以雄蟲外生殖器結構作為種類劃分的診斷性特徵後,全球菊虎科分類研究才開始有了系統性的發展。那為何要這麼害羞的以雄蟲的外生殖器結構作為物種定界的依據?

這跟昆蟲學中的鎖鑰假說(lock-and-key hypothesis)有關。這是一種解釋昆蟲種間機械隔離的學說,認為昆蟲的雌、雄兩性的生殖器的相應如鎖與鑰匙般吻合,不同種間的關係明顯不同,走錯家門、帶錯鑰匙可是不得其門而入。

臺灣的地形變化多樣,除了地形隔離外,生物本身也因生態習性而導致的播遷能力不佳,長時間下來即使外表上變異不大,卻產生了物種分化。狹胸菊虎屬(Stenothemus)有別於多數喜於春季現身的菊虎,出沒夏末至冬季的中高海拔森林,夜晚具有趨光性,會被水銀燈的燈光吸引,臺灣本屬成員已知有四種,是筆者非常有興趣的類群之一。

粗腿單爪菊虎 Habronychus (Monohabronychus) multilimbatus (Pic, 1911) 單爪菊虎由於其爪子不開裂或基部不具齒凸而得名,粗腿單爪菊虎是臺灣產單爪菊虎中常見的種類,雄蟲的腿節膨大,雌蟲則否(圖中為雌蟲),白天會訪花而夜晚則具有趨光性。

粗腿單爪菊虎 Habronychus (Monohabronychus) multilimbatus (Pic, 1911)
單爪菊虎由於其爪子不開裂或基部不具齒凸而得名,粗腿單爪菊虎是臺灣產單爪菊虎中常見的種類,雄蟲的腿節膨大,雌蟲則否(圖中為雌蟲),白天會訪花而夜晚則具有趨光性。

2013年寒風刺骨的11月天,筆者與學長姐一同前往南投仁愛鄉中高海拔山區採集,一路上各種不順、意外連連,例如才剛出門筆者就把採集用具忘在搭車處的椅子上(等發現的時候人已經在海拔2100公尺的地方了……)以及臨時無法在預訂地點進行燈光誘集的窘境等等諸如此類,最後筆者隨意指向的一處路邊當採集點(就決定是這裡了!!),結果意外地在一群大和田氏狹胸菊虎(Stenothemus owadai)中發現一種外觀上與其他已知種略有差異的狹胸菊虎。

直覺告訴我這可能是個尚未被描述的種類,回到實驗室後,筆者立刻開始進行雄蟲外生殖器的解剖以及比對,當那個擁有特殊幾何結構的外生殖器就這樣「啵!」的拉出來後,已經快要貼在目鏡睡著的我瞬間眼睛亮了,外生殖器結構跟已知種有著顯著的差異,證實這是一種新種的狹胸菊虎。

興奮之餘開始著手進行新種的發表,然而在2014年初夏一個意外的契機,筆者向農業試驗所和倫敦自然史博物館商借到一批產地為南投信義鄉、嘉義阿里山鄉,與筆者採集到的這種非常相似的標本,原來以為是同一種,沒想到檢查雄蟲生殖器結構後,竟然又是一另一個獨立的新種。由於兩個種類的模式產地與賽德克族和鄒族的世居地重疊,便以兩個臺灣原住民族命名為賽德克狹胸菊虎(Stenothemus seediq)、鄒狹胸菊虎(Stenothemus cou)。

  • 此研究成果於2015年3月25日,發表於國際期刊【動物分類群】(Zootaxa)
  • 此文由國立臺灣大學昆蟲學系大三生 蕭昀撰寫,響應PanSci 「自己的研究自己分享」,以增進眾人對基礎科學研究的了解。
  • 參考文獻:Hsiao, Y (2015) Description of two new species of the genus Stenothemus from Taiwan (Coleoptera: Cantharidae). Zootaxa 3937: 386–392. doi: 10.11646/zootaxa.3937.2.9

泰雅鈍頭蛇是什麼?可以吃嗎?

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文 / 游崇瑋

好啦,不只是最近當紅的泰雅鈍頭蛇,所有的蛇類都不該被當成食物的理想對象。蛇類並沒有什麼藥用的功效,身為物資相對不缺乏的台灣人,我們有更多的豢養動物可以選擇,畢竟不是每個人都要當貝爾大叔,不是嗎?

一個又一個全神貫注、瘋狂找蛇的夜晚;一次又一次舉著相機、專注細節的快門… 是的,就是當年這樣長時間的專注野外記錄,才有機會找到外觀相似的鈍頭蛇(Pareatidae,註)之間的細微差異。

圖1:當年沒日沒夜南征北討的夥伴們。

圖1:當年沒日沒夜南征北討的夥伴們。

從牧茂市郎在1931年發表的金絲蛇(Amphiesma miyajimae)和標蛇(Achalinus niger)之後,泰雅鈍頭蛇(Pareas atayal)是睽違84年以來再度在台灣發表的新種蛇類,同時也是首次由台灣人發表的新種蛇類!讓我們先暫停,倒帶一下,回到台灣第一次發現鈍頭蛇的年代吧。

圖2:金絲蛇。

圖2:金絲蛇。

圖3:標蛇。

圖3:標蛇。

圖4:泰雅鈍頭蛇。

圖4:泰雅鈍頭蛇。

1909年,美國兩爬學者范登堡(Van Denburgh)發表了台灣的第一種鈍頭蛇,正是廣為人知的台灣鈍頭蛇(Pareas formosensis)。稍後於1931年,日本兩棲爬蟲類大師牧茂市郎(Mouitirou Maki)於其鉅著《日本蛇類圖譜》中,發表了台灣所記錄的第二種鈍頭蛇,駒井氏鈍頭蛇(Pareas komaii)。

之後到了1997年,現代日本兩爬大師太田英利教授(Dr. Hidetoshi Ota)檢視了以上兩種鈍頭蛇的陳年標本外部形值,認為台灣鈍頭蛇和駒井氏鈍頭蛇事實上是同一個種(太田英利教授當年看的標本由於長時間以藥水浸泡保存,某些特徵例如虹膜顏色早已無法有所區別,再加上當年遺傳工具仍不是一個普遍的研究手段,因此可以理解為何太田教授當年會有這樣的結論)。根據命名規約,先發表先贏,駒井氏鈍頭蛇 (Pareas komaii)這個名字就被列為次同物異名,簡單來說就是被取消掉了。從此開始,台灣島上的鈍頭蛇又只剩下了一種。

圖5:台灣鈍頭蛇。

圖5:台灣鈍頭蛇。

圖6:駒井氏鈍頭蛇。

圖6:駒井氏鈍頭蛇。

後來的結果大家都知道了,在經由幾年瘋狂的野外攝影記錄,發現鈍頭蛇實際上很有可能有兩種甚至三種。帶著這個題目進到研究所,我的指導教授林思民老師費了很大的工夫把我教好(我應該超難教的XD),指導了我以往一竅不通的遺傳工具以及其它科學方法。然後我們終於把這個研究完成了!也在2015年的三月正式把泰雅鈍頭蛇發表在《動物文稿》(Zoologica Scripta)上,同時也恢復了駒井氏鈍頭蛇的地位。所以從這一刻開始,台灣的三種鈍頭蛇都已經被大家所接受、初步認識了。

接著疑問就來了:到底該如何區分這三種鈍頭蛇呢?首先最好區分的是台灣鈍頭蛇。台灣鈍頭蛇眼睛虹膜是橘紅色的 (圖7),體背部鱗片完全光滑無鱗脊 (圖8),頭部整體形狀也較短 (圖9)。

圖7:台灣鈍頭蛇眼睛虹膜是橘紅色的。

圖7:台灣鈍頭蛇眼睛虹膜是橘紅色的。

圖8:台灣鈍頭蛇鱗片完全光滑無鱗脊。

圖8:台灣鈍頭蛇鱗片完全光滑無鱗脊。

圖9:左為台灣鈍頭蛇,右為泰雅鈍頭蛇,在全長相同的前提之下,台灣鈍頭蛇的頭部顯然較短。

圖9:左為台灣鈍頭蛇,右為泰雅鈍頭蛇,在全長相同的前提之下,台灣鈍頭蛇的頭部顯然較短。

泰雅鈍頭蛇和駒井氏鈍頭蛇就不好分了。這兩種蛇的虹膜顏色都是黃色 (圖10),最主要的外觀差別在於鱗脊的強弱,而鈍頭蛇的鱗脊特別之處在於,是從體背部最中央的鱗列開始往兩側逐漸延伸、也逐漸減弱,直到完全消失變的光滑為止 (圖11)。

圖10:泰雅鈍頭蛇以及駒井氏鈍頭蛇的虹膜皆呈黃色,難以區別。

圖10:泰雅鈍頭蛇以及駒井氏鈍頭蛇的虹膜皆呈黃色,難以區別。

圖11:鈍頭蛇身體橫切面示意圖,鱗脊通常由第8列往兩側逐漸延伸也逐漸減弱直到消失。

圖11:鈍頭蛇身體橫切面示意圖,鱗脊通常由第8列往兩側逐漸延伸也逐漸減弱直到消失。

台灣的三種鈍頭蛇總鱗列數都是15列,然後我們如果說這條鈍頭蛇的鱗脊強,表示從牠體背部最中間那一列開始,往兩側延伸的列數較多;如果說鱗脊較弱,表示往兩側延伸的列數則較少。更簡單的來說,直接去數「帶有鱗脊的鱗列數」多寡就可以了。泰雅鈍頭蛇鱗脊較弱,根據我檢視過的標本,一般帶有鱗脊的鱗列數多在5列上下;而駒井氏鈍頭蛇的鱗脊較強,一般多在11列左右。

 

但生物不像工業製品,當然多少會存在個體差異,也因此仍然有些例外是難以按照這個通則來判定。所以若是可以搭配地理資訊來判斷的話,問題就會單純一些。如果這條黃眼睛的鈍頭蛇是在北部地區發現的(雪山山脈北側,大概是雙北、桃園、新竹、苗栗以及宜蘭),那就會是泰雅鈍頭蛇;除此之外在台灣中南部以及東部地區的黃眼睛鈍頭蛇,就是駒井氏鈍頭蛇了。

圖12:左為駒井氏鈍頭蛇分布示意圖,右為泰雅鈍頭蛇分布示意圖。

圖14:左為駒井氏鈍頭蛇分布示意圖,右為泰雅鈍頭蛇分布示意圖。

脊椎動物通常是人類最關注的一群動物,而一直以來蛇類更是人們相對害怕的動物。因為害怕,所以必須要更加的了解和研究。也因此在日治時代,可能是基於安全上的理由,嚴謹的日本科學家們幾乎已經將台灣蛇類資源調查完備了。所以84年後台灣人第一次發表本土特有蛇類:泰雅鈍頭蛇,無疑是一件非常難能可貴的事件。除了台灣陸生蛇類因此增加為48種(包含金門的緬甸蟒)、特有蛇類增為9種之外,我們更要多思考的是:「是否有某些生物在我們還不認識的時候就因為環境破壞而導致了滅絕?」

人類的生活一切資源都和生物多樣性息息相關。不管是食物、飲水,甚至藥物與科技,所有一切的原料與創意皆來自於自然,來自於生物多樣性。因此在這個氣候逐漸惡化、環境逐漸的不適合各類生物生存時,我們是否可以多一點的思考,少一點的消耗各種資源,繼續保護生物多樣性賴以依存的環境?保護生物多樣性就是保護人類的生存,希望藉由泰雅鈍頭蛇的發現,給大家提點一些雖然是老生常談但也不得不談的環保概念了。

註:

鈍頭蛇(Pareatidae)是一群體型小、側扁、樹棲的蝸牛蛞蝓專食者。只在熱帶以及亞熱帶亞洲地區分布的鈍頭蛇,是一群非常低調、溫馴且無害的小蛇。現有的鈍頭蛇科內包含了20個種,名錄如下:

  • Aplopeltura boa
  • Asthenodipsas laevis
  • Asthenodipsas lasgalenensis
  • Asthenodipsas malaccanus
  • Asthenodipsas tropidonotus
  • Asthenodipsas vertebralis
  • Pareas atayal (泰雅鈍頭蛇)
  • Pareas boulengeri
  • Pareas carinatus
  • Pareas chinensis
  • Pareas formosensis (台灣鈍頭蛇)
  • Pareas hamptoni
  • Pareas iwasakii
  • Pareas komaii (駒井氏鈍頭蛇)
  • Pareas margaritophorus
  • Pareas monticola
  • Pareas nigriceps
  • Pareas nuchalis
  • Pareas stanleyi
  • Pareas vindumi

而之所以近年鈍頭蛇在科學界的關注程度會變高,主因應該是京都大學細 将貴博士(Dr. Masaki Hoso)發現了鈍頭蛇的「慣用右手性」以及隱藏在背後的「與蝸牛共演化」等特性,是一系列非常了不起且衝擊學界認知的研究!

圖13:鈍頭蛇的右手性,即下頷右側牙齒數目較多。

圖15:鈍頭蛇的右手性,即下頷右側牙齒數目較多。

最後,感謝所有在研究期間給予協助的師長、朋友丶前輩和後輩,以及一條條因研究而犧牲的蛇蛇,更感謝台灣獨特的原住民族,泰雅鈍頭蛇因而借到了更多的光采,謝謝!

研究文獻:

You, C. W., Poyarkov, N. A., & Lin, S. M. (2015). Diversity of the snail‐eating snakes Pareas (Serpentes, Pareatidae) from Taiwan. Zoologica Scripta.

興大薛攀文發現新種蟬蟹-臺灣鼠蟬蟹

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中興大學生命科學系薛攀文教授在臺灣發現世界新種鼠蟬蟹,並以發現地點命名為臺灣鼠蟬蟹(Emerita taiwanensis),研究成果發表在今年3月出刊的甲殼類國際期刊Crustaceana

薛攀文說明,蟬蟹科(Hippidae)共有三個屬:蟬蟹屬(Hippa)、鞭足蟹屬(Mastigochirus)及鼠蟬蟹屬(Emerita),前兩個屬先前在臺灣已有發現紀錄,而此次發現的新種為鼠蟬蟹屬,這表示蟬蟹家族的三個屬均可在臺灣被發現。

現今鼠蟬蟹屬共有11個成員,多分佈在美洲和加勒比海、或印度-西太平洋海域沿岸,而這次是該屬首次在東亞被發現。薛攀文說明,自人類於西元1777年首次發現鼠蟬蟹屬以來,經過二百多年間對此屬物種的探索,似乎已達上限,此屬上一個新成員的研究報導,已是半世紀前的事,能於半世紀後再次發現另一新成員,著實令人驚訝。

薛攀文指出,臺灣鼠蟬蟹的採集地點,在臺灣的東北角與西南海岸,分別為宜蘭頭城鎮竹安溪出海口,以及高雄彌陀阿公店溪出海口附近的沙灘,是一般大眾戲水玩沙常去的地方,而目前全世界也只有這兩個地方可找到這個新物種。

農委會東部海洋生物研究中心研究人員黃梓倫指出,蟬蟹因外型和蟬相近,多半出現於沙質海灘,喜歡在海水漲退潮間之潮間帶及潮下帶活動覓食,被稱為「浪花蟹」,且倒著爬行的特性又被稱為「倒退嚕」。以往在全台各地都能發現,但近年因西部海域污染嚴重,族群數量比以往大為減少,目前僅能於東部海域或是污染較少的區域發現。蟬蟹為腐食性,可將海洋中死亡的動植物屍體分解成細小的碎屑,使其更容易被細菌等微生物分解,對於環境中物質的循環過程當中,扮演相當重要的角色。

此外,蟬蟹也是一些在沙岸覓食魚類的捕食對象,有些釣客常會拿腐肉吸引並做為灘釣的活餌。但不同於其他幾種腐食性的蟬蟹,這次發現到的臺灣鼠蟬蟹屬於濾食性動物,不容易被腐肉吸引而被人發現,另外個體也相對較小,薛攀文推測這大概是以往未被人發現的原因。

薛攀文表示,此次研究過程中採集到的標本皆為雌性,約有30餘隻,最大的一隻,體長有1.31公分,存放於國立自然科學博物館作為模式標本。其餘個體體長0.54至1.03公分。未採集到雄性的原因,推測有可能是此種雄性個體具有侏儒化現象,因而體型太小,無法用2 mm網目的篩網採集到。在體型和顏色的部分,身體略呈橢圓形,活體時,身體和背甲前端的顏色為像螃蟹一樣的深藍色,在靠近尾端的部分,逐漸淡化呈褐色和灰褐色,背上還有一條縱紋及數條橫向的波浪紋。

談到此次發現新物種的感想,薛攀文表示,臺灣周遭海洋生態環境存在著非常高的生物多樣性,希望大家能多親近大自然、多了解周遭的海洋環境與生活在這片土地上的生命,進一步能夠愛惜與保護這片大自然。或許之後大家到海邊玩沙時,也能意外發現這種小小藍藍的臺灣特有種蟬蟹。

資料來源:中興大學新聞稿

研究文獻:

蚯蚓下雨天爬出地表後就回不去了?

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文 / H

上次介紹了蚯蚓為什麼要在大雨過後爬出地表?這次要介紹的是為什麼蚯蚓爬出來不爬回去?其實依據我之前的觀察,部分的蚯蚓是會爬回去的,但部分的蚯蚓卻沒有在雨後爬回土中,有些蚯蚓看起來好像迷航了,邊爬邊試探的似乎要找到可以鑽回土壤的地方,有些蚯蚓卻是奄奄一息狀的癱軟在地面上或小水窪中,甚至死亡。由於現在的環境中柏油路或水泥地面佔了很大的總面積,所以爬出來的蚯蚓一旦爬上了柏油路或水泥地面就很難找到縫隙在鑽回土中,但那些癱軟的蚯蚓是怎麼一回事?

這現象達爾文認為是蚯蚓被寄生蟲寄生生病,所以爬出來後就死在地面上,Lankester(1921)認為蚯蚓爬出來就會死亡,原因可能與泡水泡太久有關,但我們將這些蚯蚓帶回實驗室飼養,發現牠們其實都可以存活,所以很明顯的不是泡水太久的原因。Merker and Brauning在1927年時提出了一個假設:是紫外線麻痺牠們,讓牠們沒辦法爬行,所以後來被曬死了,不過這假設延續了幾十年都沒有確實的證據。那麼紫外線到底是啥?可以厲害到把蚯蚓曬死?

太陽光的輻射波長範圍很廣,其中波長在400-730nm之間稱為可見光(visible),大於730nm稱為紅外光(infra-red) ,而小於400nm的波段稱為紫外線(ultra-violet),因為其波長較可見光中波長最短的紫色光更短而名之。紫外線又可依波長分為UV-A (320-400nm),UV-B (280-320nm),UV-C (280nm以下) 三種,地面觀測的太陽輻射多集中在可見光波段,紫外線只佔全部的10%,其中以UV-A為主,至UV-B時以指數方式急速下降,UV-C波段的能量則趨近於零,原因是因為UV-C對大氣層的穿透力極差,在高空就被吸收或反射。UV對生物有明顯的傷害,隨著波長越短傷害越大,UV-C對生物的殺傷力極大,但在自然狀態下無法到達地面,所以對地球上的生物影響不大。反之,UV-A及UV-B,因此對生物的影響反而較為顯著。

source:Philips
source:Philips

紫外線在醫學上被研究較為透徹,一大原因是會造成皮膚癌及黑色素腫瘤癌的發生機率增加,造成眼睛及免疫系統的傷害,一部份的原因是因為皮膚會產生較多的黑色素來抵禦紫外線的傷害,但這重要的防禦機制是女性的大敵~皮膚會變黑變鬆弛,還會產生黑班和暗沈!所以保養產品莫不提出防曬和美白效果來促進消費。

但UV真的只有傷害嗎?雖然目前因為臭氧層的破洞,使一般人談UV而色變,但是太陽紫外輻射其實有著許多好處,例如可以殺菌,將體表的細菌殺死,減少動物受細菌感染的機會,或應用於飲用水或養殖用水以殺死水中的細菌;紫外線是細胞製造維他命D3先質(pre-Vitamin D3)的必須因子,在心理上,曬曬太陽會使身體感覺較舒服;紫外線可以幫助昆蟲找尋獵物,也有助於深海蝦類的視覺功能,因為他們的複眼中有感測紫外線的視蛋白(UV-opsin),因此可藉由紫外線產生視覺;另外有些植物藉由對紫外線的反射引誘昆蟲過來受粉等等。

寫了這麼多,讓我們回到蚯蚓不爬回去的問題~真的是紫外線造成蚯蚓在爬出地面後無法爬回土壤中的原因嗎?所以還是要做一下實驗,證實到底是什麼原因,我們利用了UV-A和UV-B兩種不同波長的紫外線燈箱來進行實驗,第一部份的假設是紫外線會影響蚯蚓的爬行行為,所以我們設計了一個密度高度土壤性質相同的土盆,讓蚯蚓在照射紫外線前先爬行一次,測量牠完全爬回土中所需的時間,然後再將蚯蚓照射不同強度的紫外線,之後再讓蚯蚓爬行一次同樣的的土盆,計算前後兩次爬行所需的時間比,如果比值越高,就代表紫外線照射後讓牠們花費的時間越多,亦即爬行能力降低,我們所用的紫外線輻射量為500-1500J/m2,500J/m2相當於紫外線指數中5級(即陰天或清晨照射一小時)的強度,1500J/m2則相當於照射3小時的強度,相對陸生生物來說,這樣的輻射量接近正常環境會出現的狀況。

我們使用了3種蚯蚓Amynthas gracilis, Methphire posthumaPontoscolex corethrurus來實驗,A. gracilis是下雨後會爬出地表的種類,另外兩種則不會爬出地表,實驗結果中發現,Amynthas gracilis照射紫外線時會產生跳動及不正常的S形運動,隨著輻射量增加,這樣的行為就越明顯,而且體表還會分泌黃色的黏液在角質層下,而照射紫外線後這3種蚯蚓的爬行時間都增加,表示爬行行為明顯受到抑制。

(左圖是正常的A. gracilis,右圖是照射後的A. gracilis)
(左圖是正常的A. gracilis,右圖是照射後的A. gracilis)
(左圖為照射UV-A,右圖為照射UV-B)
(左圖為照射UV-A,右圖為照射UV-B)

第二部分,我們接著將這些蚯蚓放回培養箱中測量照射UV後的死亡率,確認紫外線是否會造成蚯蚓死亡,結果顯示照射UV-A的3種蚯蚓在接下來的一星期中,都沒有個體的死亡,表示UV-A雖然會造成爬行行為的減緩但並未有明顯的致死性,但照射UV-B的蚯蚓就不同了,P. corethrurus並沒有個體死亡,但A. gracilis則是低輻射量下有部分個體死亡,高輻射量下100%個體在48小時內死亡,而M. posthuma則是高輻射量的個體也會在72-120小時內死亡,顯示了UV-B有很明顯的殺傷力。

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第三部分由於蚯蚓是藉由濕潤的體表交換氣體和肌肉的收縮讓血液流動,因此,我們假設紫外線造成爬行能力的降低和一些體表的傷害會造成蚯蚓耗氧的降低,所以我們測量了蚯蚓的耗氧量發現,A. gracilis確實在照射UV-A 或UV-B後耗氧降低,而M. posthuma則是在照射UV-A後耗氧降低,顯示紫外線的照射會影響牠們的耗氧。

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所以總結來說,蚯蚓雖然生活在土壤中,不會輕易爬出地表,但在大雨過後的清晨常可看見許多蚯蚓在地上漫遊,並且有許多個體死亡,許多的學者提出了各種假設來解釋這個現象,但是他們通常會將”為什麼蚯蚓會爬出地表”和”為什麼之後蚯蚓會死亡”一起探討,但從野外觀察及實驗則認為這兩件事是不同的事件。牠們會從地表爬出可能是前文中提到由於土壤被雨水淹滿,造成土壤中的氣體流通變差,一旦土壤中的空氣及水中的溶氧用完,蚯蚓就必須到地表上來獲得更多的氧氣或是利用大量的水來進行含氮廢物的排泄或因為環境中的含氮廢物過高,所以出來躲避此種環境,然而,這些原因並不會造成蚯蚓的死亡,M. posthuma會在照射UV-B後出現尾巴捲起的現象,而A. gracilis則會出現非常劇烈的行為反應,牠們會出現S形爬行及跳動的行為,這些行為的出現表示蚯蚓的環肌及縱肌無法順利的協調。

正常蚯蚓的運動是依靠環肌與縱肌的收縮及舒張,環肌收縮時,縱肌舒張,反之亦然,因此體節會分段的伸長或縮短,使身體朝一個固定的方向前進,可稱為蠕動,然而在一些情況下,肌肉的收縮不會伴隨個體的移動,稱為fictive locomotion,這可以解釋蚯蚓的肌肉受到刺激無法作正常的收縮,因而出現S形爬行的行為。再者,A. gracilis在照射後一段時間,蚯蚓會癱軟而無法運動,如同肌肉強直後無力再做任何運動,這情形類似Merker and Brauning (1927)所假設的紫外線會麻痺蚯蚓一樣。

紫外線會造成的有害影響在許多生物中都被探討過,在這裡我們確定了紫外線確實會對蚯蚓產生危害:不管是UV-A或是UV-B的照射,蚯蚓都會出現不正常的行為反應或是體表組織的傷害,甚至死亡的情形,但是不同的紫外線輻射對不同種蚯蚓產生的效應並不相同。實驗結果可以得知相同輻射量的UV-B的傷害遠大於UV-A,不過由於相同輻射量的UV-A所含之能量較UV-B低10倍,因此相同輻射量下UV-A對生物的傷害也較低 ,但是正常環境中UV-A輻射量卻是UV-B的10倍,因此,若在自然環境中,UV-A可能對蚯蚓仍具有強烈的影響,我們曾以8,000 J/m2的UV-A照射A. gracilis發現如同照射UV-B 1,500 J/m2的黃色體液出現。

紫外線是太陽輻射之一,具有很高的能量,我們為了釐清蚯蚓會死亡的原因是紫外線本身照射所產生的傷害,還是紫外線造成溫度的升高,使蚯蚓受熱死亡,所以會控制環境溫度並事先用冰浴或事後冰敷的方式降低熱所可能產生的影響,發現蚯蚓的死亡率並不會因為冰浴或冰敷而有所改變,甚至冰敷過久反而造成蚯蚓更快死亡,顯示紫外線對蚯蚓產生的傷害,不是單存的溫度升高造成,而是可能紫外線的能量引起細胞內的反應而形成,雖然傷害的狀況很像灼傷,但其成因可能更複雜。

不同的蚯蚓對於紫外線的耐受力不同,從蚯蚓的爬行行為、體表的傷害到死亡率可以看出實驗中的三種蚯蚓,以A. gracilis對紫外線最為敏感,M. posthuma次之,P. corethrurus對紫外線的耐受性最佳。以UV-A或UV-B照射蚯蚓後發現,UV-A不會造成任何種類蚯蚓的死亡,但A. gracilisM. posthuma在照射UV-B後則會有個體死亡,顯示UV-B對蚯蚓致死的能力大於UV-A。

不同種類對UV-B的致死輻射量不同,可能包含了許多的生理意義,A. gracilis是三種實驗蚯蚓中體色最深的種類,色素是動物中常見用來保護體表組織的分子,但也有報告顯示,色素細胞中的chromophore在吸收過多紫外線下,會造成氧化壓力(oxidative stress)產生許多自由基(free radical),反而造成細胞的傷害,我們在另外的研究中也證實A. gracils 在照射UV-B後,體表會產生大量的脂質過氧化(lipid peroxidation)及氧化壓力的增加,而抗氧化酵素(anti-oxidant)則是會被紫外線破壞,所以紫外線造成的氧化壓力也是A. gracilis死亡的原因之一,有趣的問題是P. corethrurus幾乎沒有任何色素在其體表,但卻對紫外線有最大的耐受性,因此可能有一些未知的機制可以保護P. corethrurus

Cartoon A Day
source:Cartoon A Day

參考資料

  1. Chuang SC and Chen JH. 2013. Photooxidation and antioxidant responses in the earthworm Amynthas gracilis exposed to environmental levels of ultraviolet B radiation. Comp. Biochem. Physiol. A. Mol. Integr. Physiol. 164: 429-437.
  2. Chuang SC, Lai WS and Chen JH. 2006. Influence of ultraviolet radiation on selected physiological responses of earthworms. J. Exp. Biol. 209:4304-4312

本文轉載自作者部落格

毛小孩,是如何虜獲你我的心

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螢幕快照 2015-04-21 下午1.48.29

「喂~寶貝有沒有乖乖呀,有按時吃飯飯嗎?」老爸在電話那一端詢問著,但這關心的對象並不是我,是家裡的那隻毛小孩;自從離家讀書後,回家都發現自己的地位不再,狗狗只要淚眼汪汪地盯著爸媽就有點心享用,而我就算把眼睛睜再大再可愛,只換得自己去解決的回應;好傷心為什麼明明都是小孩,我卻失去無法獲得他們的心~

許多人會把狗狗視為小孩來愛,甚至是看著牠們對話,這不單單只是行為上的表現,日本的一篇研究指出這背後與大腦中所分泌的催產素有關。麻布大學(Azabu University in Sagamihara, Japan)動物行為專家菊水建史(Takefumi Kikusui)與其研究團隊,特別深入分析飼主與毛小孩的互動對看,發現其腦中的反應跟媽媽與小孩互動時類似。

眼神對看中的愛

菊水建史的研究之一為催產素(Oxytocin)—這種激素與人類愛的表現、信任、連結及利他相關(可以參考〈永遠屬於我:催產素讓愛情恆久遠〉一文);先前團隊的研究發現,當媽媽看著嬰兒的眼睛時,寶寶體內的催產素上升,激素上升的同時會促使小孩將眼神回看,而寶寶的回看又會使得媽媽的催產素也上升;這樣一來一回當中形成了正向迴路,嬰兒與媽媽便會產生強烈的情緒連結。

上述的迴路是否也能推到飼主與毛小孩間呢?這是身為15年資深毛小孩家長菊水教授所好奇的地方!因此他與團隊說服了30朋友與鄰居,帶著他們的毛小孩前來實驗室—當中不僅僅只有小狗,竟然還有人帶著狼來。當飼主來到實驗室,研究團隊會先蒐集飼主與毛小孩的尿液樣本,並請他們互動30分鐘;在互動中飼主多會摸摸自己的寵物跟牠們對話,也會有眼神對看的情況發生,少則幾秒鐘多則數分鐘(按編:其中狼並沒有花太多時間在跟飼主對看,畢竟那是一隻孤獨有個性的狼呀!)

30分鐘後團隊會再蒐集一次尿液,用來檢測眼神對看前後體內催產素的改變;結果發現對看這個動作,竟然會產生很大的影響,不論是公狗或母狗在與主人對看後,體內所測出的催產素提升了130%,對於男性或女性飼主來說則提升高達300%;反之,那些幾乎沒有對看的組別(譬如狼),體內的催產素就沒有太大的變化。

真的是催產素造成的?

為了進一步確認催產素就是促進對看的關鍵,菊水教授做了第二個研究,這次團隊重複實驗流程,但唯一不同的是將催產素當作介入變項;他們將狗狗分做兩組,一組給予鼻噴霧催產素,一組則僅給予噴霧鹽水當安慰劑,接著去看給予催產素後,狗狗是否就會產生更多的眼神對看。

結果發現,有給予鼻噴式催產素的母狗,比起沒給予的組別會多花上150%的時間與飼主對看;但是對於有給予催產素的公狗,以及僅給予安慰劑的狗則無類似情況發生。意味著人狗互動,其實與媽媽嬰兒互動時的催產素迴路非常相似;催產素或許進一步說明為何人與狗會如此的親近,菊水教授認為這樣的迴路在犬類馴化成家犬中應該是關鍵。

「我認為催產素一定有參與在馴化過程中」就讀澳洲蒙納許大學(monash university)博士班的潔西卡・歐利瓦(Jessica Oliva)說,其近期研究方向為賀爾蒙如何幫助狗狗理解人的指示動作;她認為狗與人對看不可能憑空發生,通常都是跟「食物」或「玩樂」連結在一起,這兩個行為又與催產素有關。這麼說來很殘酷,雖然我們會把狗狗當成毛小孩來看待呵護,但他們並不必然會將我們視為媽媽來回報,對牠們來說我們只是個偶爾給他們來個馬殺雞的夥伴罷了!

參考資料:

  1. How dogs stole our hearts. Science [16 April,2015]
  2. Nagasawa, Miho, et al. “Oxytocin-gaze positive loop and the coevolution of human-dog bonds." Science 348.6232 (2015): 333-336.

「母愛賀爾蒙」讓母親成為母親

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催產素強化老鼠的母性行為。 (ANYAIVANOVA/ISTOCKPHOTO)

新生的鼠寶寶放聲大哭想要吸引自己母親的注意力,然而,牠們的母親並非天生便能認出這些哭聲,她必須透過學習以認得她親生骨肉的哭聲 。近來一項研究發現,「催產素」便是這些學習發生的關鍵。催產素會改變母鼠的大腦,使母鼠出現母性行為與考量,對鼠寶寶的哭聲做出反應。

為了解催產素在雌鼠腦中扮演著什麼樣的角色,紐約大學醫學院(New York University School of Medicine)的科學家首先探究母鼠對鼠寶寶呼喚的一般反應。為躲避掠食者,母鼠定期會變換巢穴的位置,而當鼠寶寶被不小心被落在窩外時,牠們便會發出超音波的哭聲。當母鼠聽見這樣的哭聲時,即跑回將落下的鼠寶寶撿回窩裡。過去研究顯示,母鼠就算是聽到非自己親生的鼠寶寶哭聲時,也會有反應並且靠近發出哭聲的寶寶。大部份的處女鼠則漠不關心鼠寶寶尋求幫助的哭聲。然而,被與母鼠及其孩子一起豢養或是注射了催產素的處女鼠則會去撿回嚎啕大哭的鼠寶寶。 

這個發現使得此研究團隊的領導者,神經科學家 Robert Froemke懷疑催產素協助「將少女腦轉換成母性腦」,但這個轉換是如何發生的呢?過去研究顯示,母鼠對於寶寶鼠痛苦哭聲的記憶儲存在大腦中負責處理聲音的聽覺區。 研究人員在雙側的聽覺區發現了催產素的受器,以及製造催產素的神經元!且左側聽覺區的催產素受器特別多,顯示這一區的腦專門在辨識社會性的訊息。Froemke認為這十分類似人腦處理語言的腦側化情形 ,因為大部份人的左大腦半球是負責管控語言的。

科學家藉由藥物阻斷母鼠左側聽覺區的活動,證實了其在尋回幼鼠行為的重要性,因為被注射藥物的母鼠們大大地忽略了痛苦呼叫的幼鼠們。而當科學家為處女鼠於其左側聽覺區注射催產素後,他們開始尋回嚎叫幼鼠的時間遠遠地早於僅被注射生理食鹽水的處女鼠。在被注射催產素的老鼠中,他們的反應幾乎是瞬間改變的。

根基於此研究團隊的其他實驗,他們認為催產素幫助母鼠學習和生成鼠寶寶痛苦哭聲的記憶並且關心牠們。艾默理大學的Larry Young說:「催產素同時確保他的大腦給予這些社會性暗示足夠的注意力並且改變他的行為。」

Robert Liu,一位未參與此研究的艾默理大學神經科學家認為這是個十分具開創性的發現,他表示:「我們過去不曾思考催產素在腦中可能扮演的角色,然而這現在卻是此領域中最令人興奮的事」。這被稱為「母愛賀爾蒙」的激素,也被認為很有可能同時參與了腦中嗅覺及聽覺訊息的處理,而如果這是真的的話,那麼催產素很有可能帶給自閉症和產後憂鬱症等某些疾病更佳的治療。

 

參考資料:

  1. Love hormone’ turns mothers into moms. Science [15 April 2015]
  2. Marlin, B. J., Mitre, M., D’amour, J. A., Chao, M. V., & Froemke, R. C. (2015). Oxytocin enables maternal behaviour by balancing cortical inhibition. Nature.

科學家發現新種「陰莖蟲」

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這種外表貌似陰莖的怪蟲-奧托蟲(Ottoia),在五億年前,牠們可是地球上最常見的生物呢!奧托蟲平均長度約8公分,屬於鰓曳動物門。現今,除了還有幾種奧托蟲仍存活在世上外,其餘的都被保留在伯吉斯頁岩[註]中。最近一篇發表於《Palaeontology》的研究顯示,奧托蟲的分類比我們預期的還要來得多,而分辨牠們的關鍵竟然是牙齒!

什麼是奧托蟲呢?奧托蟲也被稱為「陰莖蟲」(penis worm),看圖片就知道「蟲」如其名,牠們外表就跟男性生殖器一樣。牠是一種海洋無脊椎動物,身體可長達到39公分,嘴巴(吻)上佈有鉤子、牙齒和刺毛,而且牠們的嘴巴還可以擴張自如。

在新的研究中,科學團隊發現以往命名為 Ottoia prolifica 的奧托蟲其實包含了兩個種類,新種類的奧托蟲有著三叉狀的牙齒,發現牠的研究團隊打算將其命名為 O. tricuspida

由於新發現的 O. tricuspida 跟 O. prolifica 之間的差別真的不大,科學家懷疑之前有許多 O. tricuspida 都不小心被歸類為 O. prolifica 了。看來,這屬於寒武紀時期最常見、在生態學上也極具重要性的動物種類真的超乎我們的預期。

  • 註:由美國古生物學家Charles Doolittle Walcott 於1909年在加拿大西北的英屬哥倫比亞境內的落磯山脈首次發現。當地的地質為黑色頁岩,頁岩裡保留了為數不少的化石,這些化石群以保存生物的軟組織而聞名,年代大約為5.05億年前(相當於寒武紀中期)。

參考資料:

  1. Scientists identify new species of penis worm. ScienceNow [May 6, 2015]
  2. Ottoia. wiki
  3. Burgess Shale Formation. wiki

鳥羽之美:台灣版《羽的奇蹟》

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雖然紐約的夜裡不容易看到星空,鍾正明院士的腦裡卻浮現出夜空中閃爍的星座,各種腦組織中表現的神經黏結分子在螢光顯微鏡底下,在雞脊髓旁的羽毛芽中也閃閃發亮。

卅幾年前,鍾院士忙碌地在紐約洛克菲勒大學的傑拉爾德•艾德曼(Gerald M. Edelman,1929 – 2014)主持的分子發育生物學實驗室裡進行博士研究,他在回家的路上,和掉在地上的鳥羽邂逅,靈光乍現地想到鳥類每逢春秋季都要換不同的羽毛,高調艷麗的春羽用來把妹,低調暗淡的秋羽保暖過冬,無論是高調還是低調的羽毛,都可以來自同一個毛囊,那究竟是哪些分子機制在調控呢?鳥羽形態夠複雜,不僅能夠產生多端的變化,也容易分析研究,於是他決定以羽毛為研究模式。

鍾院士於一九七八年畢業於台大醫學系,可是他卻未投身臨床醫學,反而著迷於生命科學的奧秘,故遠赴洛克斐勒大學攻讀基礎醫學,在諾貝爾生理學及醫學獎得主、發現免疫系統的蛋白分子之間如何連結的艾德曼博士指導下,致力研究細胞如何形成組織器官的「形態發生」,探討神經細胞之間如何連結。他一拿到病理學博士學位,就擔任該校分子生物系助理教授。一九八七年,轉於美國南加州大學醫學院病理系任教。

鍾院士成功找到了神經黏著分子(N-CAM),並研究了其在神經發育中的角色。儘管羽毛和神經組織乍看之下完全不同,可是在組織和器官發育時,其實仍是使用同一套「分子工具」,有異曲同工之妙。鍾院士用心獨闢蹊徑地鑽研鳥羽的「皮毛之道」,逐漸發光發熱,成為世界羽毛研究的先驅和權威。

鍾院士不僅在羽毛發育上有重大的成就,他還進一步研究了鳥喙的發育,發現了鴨喙和雞喙在分子生物層次上的不同,這些雞毛鴨喙的研究成果陸續刊登上了《科學》(Science)、《自然》(Nature)、《美國國家科學院院刊》(PNAS)和《細胞》(Cell等國際頂尖期刊,其中也包括哺乳動物的毛髮生長的研究,讓鍾院士的皮毛之道在鳥獸之間暢通。

這本《羽的奇蹟》Feathers: The Evolution of a Natural Miracle)非常生動地述說了許多關於羽毛的故事,讀起來趣味盎然。其實近年來羽毛研究在國際上發光發熱的重大突破,有不少都有台灣的科學家參與,這是值得台灣驕傲的領域。

《科學》去年底公布了二○一四年十大科學突破研究,其中一大突破是恐龍演化成鳥類的研究,鍾院士的研究居功厥偉,他的研究推演出羽毛的演化發育步驟,讓古生物學家能夠判斷恐龍身上的皮膚衍生物是否為完整的羽毛,或者是原始簡單的羽毛,為解開恐龍演化成鳥類之謎提供了重要的線索!

◎羽毛的演化發育生物學

時間倒帶回到廿幾年前,當中國遼寧的恐龍羽毛出土後,身為國際少數羽毛研究者,鍾院士對恐龍的羽毛也產生濃厚的興趣。當時有個懸而未決的問題,也就是《羽的奇蹟》裡提到的,羽毛究竟是怎麼演化來的?是先有絨羽狀的羽毛?還是先長出細長的羽軸然後再出現羽枝?還是鱗片直接裂成羽毛的形狀?

鍾院士當時發展出一個研究羽毛發育的方便方法。就是把成雞的羽毛拔下,毛囊內的幹細胞會重新生長出新的羽毛,如果在剛拔毛不久後就把一種帶有外來基因的反轉錄病毒注入毛囊,新長出的羽毛就會發展出該轉殖入的基因,藉此改變羽毛的發育。這個方法是其他組織器官難以做到的,加上羽毛形態複雜,可以產生的變化多樣,因此成了很優異的研究材料。

鍾院士二○○二年在《自然》發表的論文,首先演示了這個系統的優勢,他們利用反轉錄病毒轉殖基因的方法,調控了幾種發育關鍵分子的濃度,發現幾種訊號蛋白質決定了羽毛的成長情形,造就巨形羽軸、多根羽軸和羽枝增生的羽毛。同時也發現羽毛發育的步驟是先形成羽枝、再長出羽軸,所以合理推論羽毛在演化的過程中,應該是先出現羽軸不完整的絨羽,然後才是羽軸完整的正羽。

因為鍾院士在羽毛發育的分子機制上的先驅研究,科學家得以瞭解到一根羽毛在發育時需要的分子機制。各種訊號分子的濃度調控了羽軸、羽枝、小羽枝的數量和粗細,像是WNT3A的濃度梯度決定了羽毛會長成絨毛或正羽。由於鳥類不同身體部位的分子調控的差異,鳥類能夠在身上不同處長出形態各異的羽毛、例如絨羽、覆羽、飛羽、尾羽等等。

也因為羽毛發育的調控可能產生的組合頗多,造就了鳥類多彩多姿的羽毛。古生物學家在恐龍化石上也找到了形態各異的羽毛,也是很合理的。

◎台灣的羽毛研究

「鍾正明院士的工作你聽過嗎?」中央研究院生物多樣性中心主任李文雄院士如此問道。

當時是二○○九年的九月,我剛從加州大學戴維斯分校拿到遺傳學博士,回台灣中研院李院士實驗擔任博士後研究員。

剛聽到我有些吃驚,因為我曉得鍾院士的工作,記得二○○二年他在《自然》的那篇經典論文刊出時,當時清大生科系碩士班指導教授,當過國立自然科學博物館及現任《科學人》(Scientific American)雜誌總編輯李家維老師就很興奮地來找我們,說《自然》有一篇有關羽毛演化研究的重大突變,是一位在加南大任教的台灣人完成的,要我們趕快下載印給他看。李家維老師對恐龍羽毛非常感興趣,常常把長羽毛恐龍的新發現掛在嘴邊。

我當時說知道,李院士就說那很好,因為他希望我跟鍾院士合作。李文雄院士在分子演化的領域無人不知、無人不曉,他在十幾年前撰寫的《分子演化》(Molecular Evolution)教科書,迄今仍是研習分子演化必讀的經典,沒想到他對羽毛的演化發育生物學也非常感興趣。我要到中研院工作前,寫了份研究計畫書,提出用酵母菌研究蛋白質的分子演化。雖然我博士班是用果蠅進行遺傳研究,可是單細胞的酵母菌理論上更好上手。所以我聽說要改用禽類做研究材料時,感到非常驚訝。

我從小也對羽毛著迷,覺得羽毛是最漂亮的生物構造。公鳥簡直就是生物界中最高明的藝術家,而母鳥的羽毛雖然一般上沒那麼亮麗,可是卻是品味不凡的鑑賞者。千里馬常有,而伯樂不常有。儘管公鳥的羽毛能夠因為遺傳變異而變幻萬千,但決定誰能留下後代子孫傳承新意的,還是母鳥啊。我博士班雖然是以果蠅為研究材料,但是卻也是研究雄果蠅性徵的性擇,這道理是相通的。

要研究羽毛,先要有鳥禽當材料。還好我得到了中興大學動物科學系陳志峰老師的大力協助,他在興大接手管理李淵百教授土雞研究團隊留下來的珍貴家雞資源。另外還有唐品崎老師和興大生科系鄭旭辰老師的協助。李家維老師在鍾院士的感招下,也加入了家雞種源保育的工作,在屏東高樹的辜嚴倬雲植物保種中心保育珍貴的家雞品系,最有名的是「宮廷雞」,傳說是清朝慈禧太后愛吃的一道菜,宮廷雞雞冠鮮紅、通體潔白、頭頂鳳毛、腳生羽翼、頜下有鬍鬚、全身絲羽纖細如兔毫,十幾年前雞種在大陸滅絕,卻因緣際會在台灣的保種中心復育。

 

 

中興大學更在陳志峰老師和鍾正明院士的領導下,成立鳥禽類演化與基因體研究中心,英文縮寫就叫作「iEGG」。這是陳老師和鍾院士一次聚會時,鍾院士提議不如也趕個流行,加個「i」來孵顆稱作「iEGG」的蛋,英文全名是「Integrative and Evolutionary Galliformes Genomics」,整合各種資源和領域,用以研究孔雀和鴛鴦春秋羽變換的分子和細胞機制等等。

我和鍾院士等人的合作,最初是以捲毛雞為材料。我們發現捲毛雞其主控基因是一種角質蛋白質的變異。該蛋白質在保守區域缺失了廿三個胺基酸,我們把基因釣出來後,在拔毛後的毛囊內利用反轉錄病毒把該突變基因表現在幹細胞內,讓重長的羽毛表現該突變基因,結果就確實讓羽毛給弄彎了。

非常有趣的是,我們發現的基因KRT75,和人類的鬚部假性毛囊炎有關。該遺傳病讓修剃鬍鬚後,重長的毛的尖端穿透入囊壁內或卷曲于皮內,引起鬍鬚部異物發炎反應。這個和人類相關遺傳疾病的有趣關連,是我們當時始料未及的,也是基礎研究深具的潛力!我們接著在人類的角質蛋白疾病中找了幾個有待驗證的突變,發現這些突變都能造成各種羽毛生長變異,顯示羽毛或許能夠用來研究人類疾病的分子和細胞機制。

二○一一年底我到南加大訪問,結識了對我工作幫助很大的吳平博士,我們後來共同發表了幾篇論文,他給了我非常大的幫助。還有見到當時快結束兩年訪問的林頌然博士,他是台大皮膚科醫師也是醫學工程所副教授,他在鍾院士實驗室研究羽毛的黑色素幹細胞。

林醫師好奇多彩多姿的羽毛顏色,是怎樣演化而來的?雖然知道羽毛中有黑色素幹細胞來調控羽毛的顏色,但由於黑色素幹細胞還沒有色素,無法清楚分辨。他成功找到了一種分子標記,可以清楚分辨出黑色素幹細胞。過去科學家只知黑色素幹細胞是影響鳥類羽毛繽紛多樣的原因,但其位置蹤跡不明,導致無法深入探索。

和興大的陳志峰老師及鄭旭辰老師合作下,他們也探討了家雞形形色色的羽毛顏色形態的分子細胞機制。羽毛的黑色素幹細胞藏在羽毛底部形成一個環狀像甜甜圈的結構,在空間上變得有很多調控的自由度,讓羽毛顏色可以兩邊不一樣或者是前後正反不一樣,可以有橫紋、多層蕾絲、遠端白點等多種排列方式。他們還發現,有些鳥類的橫紋羽,毛囊內部的纖維細胞會節奏性地定時分泌名為Agouti的蛋白質來抑制黑色素的合成,進而造成白色橫紋。這些發現發表在二○一三年的《科學》

雖然是在羽毛上的基礎研究,但是人類和鳥類都有黑色素幹細胞,只是人的黑色素幹細胞會因老化等原因消失,鳥類則不會全部消失,這項研究或許有助於未來進一步研究人類白髮的成因。

鍾院士等人在羽毛的研究過程中,發現了幹細胞的許多秘訣,讓他們往再生醫學的方向發展,這或許是當初選擇羽毛這個冷門的題材當研究題材時始料未及的吧?生命科學的基礎研究最有趣之處莫過於此,許多單純因為好奇心而探討的事物,後來發現原來能夠有非凡的應用價值。所以,不見得要先功利,才能有利可圖啊!

《羽的奇蹟》雖然沒有觸及台灣研究者的研究貢獻,但是本不可多得的優異科普作品,作者索爾.漢森非常風趣地述說他和羽毛的各種邂逅經驗,有時涉及科學內部的知識轉折,有時拓展到人類應用羽毛的面向,多處令人不禁莞薾,他風塵僕僕地四處奔走,帶我們探訪尋覓羽毛的各種有趣面向,讓我們見識羽毛無窮的魅力。他的文筆實在太活潑生動了,每讀一章就像看了一部國家地理頻道的影片,可愛的小鳥和拉斯維加斯舞者的身影彷彿能在紙上再現。吳建龍先生的譯文也很流暢逗趣,這會是所有愛鳥人仕無不希望能人手一本的好書!我也希望藉由本文讓更多人知道台灣學者在羽毛領域的發現。

 

 

本文為好書《羽的奇蹟》Feathers: The Evolution of a Natural Miracle)之推薦序。

在深海一樣熱血:科學家首次發現溫血魚

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一直以來,普遍認為魚是變溫動物,體溫會隨著環境而改變。但最近科學家首度發現了一種雖然是魚類但卻像哺乳類和鳥類一樣可以保持身體溫暖的溫血魚。

月魚(opah, Lampris guttatus),也有人稱斑點月魚、花點三角仔,分布範圍遍及全世界,在台灣沿海也有,亦有人食用。月魚有時會生活在水溫很冷的深海,但牠能藉由的胸部肌肉產生熱。而牠體內的脂肪和鰓部血管的特殊構造,也讓牠減少了熱的散失。研究人員推測,擁有一顆溫暖的心臟和大腦,使得這鮮為人知的魚能夠成為活躍的掠食者。

水會帶走生物大部份的熱,所以魚的體溫通常維持在所處水域的水溫範圍。低溫也限制了牠們的生理功能,尤其是心血管循環耐力。當然也有部分例外:鮪魚、旗魚和某些鯊魚可以暫時提高身體肌肉的溫度,但牠們還是必須回到溫暖的海水好讓核心溫度能恢復正常。

月魚看起來並不像一個凶狠的掠食者,但人都不能光看外表了何況是魚:牠長度大約一公尺左右,透過划動胸鰭讓自己能在水中游泳。儘管月魚分佈在世界各地的海洋,卻很少有人了解有關牠的生物學。牠捕食魷魚、章魚等頭足類和其他魚類,通常在海面下50~200公尺的區域活動,那裡的水溫只有10°C 甚至更低。

2012年,在美國國家海洋和大氣管理局(NOAA)擔任漁業生物學家的歐文‧斯諾德葛拉斯(Owyn Snodgrass),在加州海岸抓了一些月魚作為例行調查的一部分。他把月魚的鰓給了他的同事魚類生理學家尼古拉斯‧韋格納(Nicholas Wegner)。

這個魚鰓浸泡在防腐劑裡好幾個月,直到韋格納把它拉出來看,並且眉頭一皺注意到這魚鰓並不單純:一般魚通常只有幾個大血管讓血液進出魚鰓,微血管則負責交換水中的氧氣。但月魚魚鰓的微血管卻是一個複雜的網絡,而且動脈就在靜脈旁邊一起形成了排列緊密的陣列。

動脈和靜脈這樣成對佈置被稱為細脈網(rete mirabile)(如下圖),在這網路中,帶有溫度的靜脈血會從肌肉進入網絡,熱量便藉由管壁傳給鄰近比較冷的動脈,所以當動脈血進入肌肉時已經帶有些溫熱了。這種熱交流作用可以將熱量留在肌肉中,不同於一般魚類熱量會直接在血液流經魚鰓時散失。鮪魚、旗魚和某些鯊魚便是使用細脈網來保持自己的肌肉溫度。其他像是腳在水裡很冷的水鳥,或者是一些鯨魚的舌頭上都有類似的熱交流系統。

羊的細脈網(Rete mirabile)。source:Wiki

羊的細脈網(Rete mirabile)。source:Wiki

而月魚是第一條發現魚鰓圍繞著細脈網的魚。他的魚鰓還包裹在一層一公分厚的脂肪裡,推測這不尋常的構造應該是為了保溫。綜合幾點,科學家們決定來量量看月魚在海中的溫度;當月魚被拖上來後,研究團隊發現牠的體溫比水溫平均高了 5°C!

研究人員還測量了活魚游泳時的肌肉溫度;為了要做到這一點,他們用魚鉤和線抓住月魚,在胸部肌肉植入了一個溫度監測器,並讓牠游泳幾個小時,當然線不能放掉。儘管在4°C的水溫裡游泳,他的肌肉還是能保持約13°C ~14°C的溫度。

比較高的體溫可以提供牠一些優勢,像是游泳會更有力量也有更好的續航力,這些都得益於一顆溫暖的心臟。而其他研究人員於2009年發表的研究亦發現,月魚的腦和眼睛比身體其他地方的溫度高,這是因為牠會在顱底進行小型的逆流熱交換(countercurrent heat exchange)。流向眼睛的血液之所以是溫暖的是因為有專門的眼部肌肉不會收縮而是在產生熱量,只有魚類才會有這樣的特徵。

這種種的證據讓韋格納推測月魚應該是一個積極的掠食者,不像其他海中掠食者往往只能守株待兔。靠著敏銳的眼力,快速的反應時間和耐力,月魚可以抓到烏賊和游的很快的裸蜥魚(barracudinas)。果然魚生勝利組就是不一樣啊!

但想要了解這個在寒冷深海仍然熱血的生物,還需要有更多的研究。

資料來源:

  1. Scientists discover first warm-bodied fish. Science [May 14, 2015]
  2. Whole-body endothermy in a mesopelagic fish, the opah, Lampris guttatus. Science [May 15, 2015]
  3. Evidence for cranial endothermy in the opah (Lampris guttatus) The Journal of Experimental Biology [November 25, 2008]
  4. Rete mirabile. Wiki
  5. Countercurrent exchange. Wiki
  6. Lampris guttatus. Wiki
  7. Lampris guttatus. 台灣魚類資料庫

寄生獸裡的寄生蟲學:寄生蟲與宿主互動

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是的,寄生獸電影的完結篇都要上映了,關於寄生獸的寄生生物學也該告個段落收尾了。

之前兩篇文章,談到的分別是寄生獸的生活史跟宿主以及感染生態學兩面向。這一次,我們從寄生蟲跟宿主互動的角度,來仔細瞧瞧寄生獸感染宿主之後在宿主體內發生的事情。

(本篇可惜還是不由講談社或東立出版社贊助)

如同第一篇寄生獸的文章所提到的,寄生蟲通常是有宿主專一性的,就算不是專一到屬或種,多半也是專一在某個類群。更進一步的說,寄生蟲既然要奪取宿主的資源,大張旗鼓的跟寄主硬碰硬恐怕只會弄得玉石俱焚,多半討不了好。所以,寄生蟲們相對於宿主,絕大多數都是體型上小得多,這樣才方便悄悄的待在宿主身上行五鬼搬運蠶食鯨吞之法。而既然不是像鬼魂附身一樣侵佔整個宿主身體,那麼寄生蟲要待在宿主身上的什麼部位其實也是有所選擇的。

好比說跳蚤這樣的體外寄生蟲好了,其宿主的尺寸如牛羊家畜與跳蚤相比何止九牛與一毛,但是跳蚤在宿主身上並不是隨處都好,而是有著明顯的身體部位偏好。這樣的偏好有可能是取決於跳蚤自身(例如該處的宿主皮膚較薄、毛髮較濃密、微血管分佈較淺等),或者是受到宿主抓搔理毛行為干擾的結果(例如該身體部位比較宿主理毛理不到)。

跳蚤在宿主貓身上的分佈數量是有明顯差異的:將近一半的跳蚤集中在頭頸部(A),尤其以頸部(a2)為甚,而通常只有兩成的跳蚤會待在腹面(C),更只有不到一成的跳蚤會待在腿部和尾部。 (出處

體外寄生蟲都有身體部位的偏好了,體內寄生蟲當然也如是,同樣有宿主部位專一性。又既然宿主相對寄生蟲來說這麼龐大,要從寄生蟲進入的位置移動到目的地,總是要花上一番功夫。簡單一點的做法是利用宿主本身的循環系統搭順風車到目的地去,辛苦一點則是寄生蟲得自己主動找路找孔走現成管道過去,或甚至得要披荊斬棘在宿主的組織裡一路殺出一條通道。

然而,既然我們現在有了GPS都還是可能會迷路,無論是搭順風車、主動找路或是自己開路,在宿主體內移行的寄生蟲當然也難免迷途或受到阻礙。不過,萬一迷了途走錯路,寄生蟲大概就很難有機會回到正確的目的地,又受限於本身的發育進程,走錯路的寄生蟲大概就只能在錯誤的宿主部位徒呼負負,就算僥倖沒有被宿主的免疫系統攻擊而夭折,大概也就只能發育停滯空餘恨或是被宿主排除了。

蛔蟲的生活史,注意其在人體中的移動路程

以寄生在消化道裡頭的蛔蟲為例,成蟲蛔蟲絕大多數住在空腸段,排出來的卵跟著宿主糞便到體外,卵中的胚胎發育成具有感染力的二齡幼蟲如果又有幸被宿主吃下肚裡,則在小腸段孵化並穿透腸壁,順著宿主的循環系統搭順風車移動到肺部,然後穿出血管住在肺泡裡。等到幼蟲發育成熟後,就會主動的爬出肺部上到氣管,然後在咽喉處引起一陣輕咳,再順勢被吞回消化道,經過胃部回到小腸。

在這個生活史的旅途中,搭順風車的蛔蟲幼蟲有可能下錯站,該在肺部下車卻到了腎臟或腦部下車,於是也就只能在不適合的宿主部位等死,並且在死前把宿主的身體搞得一團糟,視下錯車的部位導致腎衰竭、腦炎、癲癇或製造一些嚴重免疫反應之類。相較之下,主動移動的成熟蛔蟲跑錯路線,頂多也只是從宿主的口鼻部被打噴嚏或咳出來而已,倒是對宿主沒有太多傷害,只是製造很噁的回憶而已。

回頭來看寄生獸,雖然如上一篇寄生獸文章所觀察描述的,寄生獸是由現成孔洞(例如耳朵)進入宿主體內,而且一路向上的進入宿主腦袋然後控制宿主。也就是說,寄生獸的幼蟲除了在現成管道裡主動移動之外,也得要有一段披荊斬棘分筋錯骨的路程,才能進到目的地腦袋裡。雖然說口鼻耳孔進入管道之後距離腦袋很近,但腦袋畢竟還是有頭骨密密保護著的,而且你看這寄生獸幼蟲這麼大一條,就算它們超級伸縮自在,穿過頭骨的時候應該還是「很有感覺」。畢竟,小小的一般寄生蟲在皮下造成的幼蟲移行症(larva migrans)就已經很不舒服了,更何況是那麼大隻的寄生獸幼蟲穿過腦殼呢是不是。

幼蟲皮下移行症

不過,就跟一般寄生蟲一樣,寄生獸入侵宿主的過程也不一定是都那麼順利的。就好像寄生獸的主角米奇一樣,如果沒辦法從口鼻耳孔進入宿主,寄生獸也是可以硬著頭皮從其他地方入侵,然後一路走皮下向頭部移動。一般來說,寄生蟲通常沒有這麼大的本事能夠轉換入侵路徑,但大概是因為寄生獸的入侵方式結合了自然孔道入侵和組織間移行吧,所以當沒有自然孔道可走的時候也就直接走組織間移行的路線了。而這沿著皮下移行的景象,除了類似於剛剛提過的皮下幼蟲移行症之外,其實更像是麥地那龍線蟲(Dracunulus medinensis)在皮膚底下移行的感覺…

在皮下移行的寄生獸幼蟲

 

(想知道麥地那龍線蟲並且不怕蟲蟲上身的噁心感請參閱維基百科生活史示意,還有播放下面的影片)

為了避免跟宿主一起死掉而屈居非目標部位以拯救宿主的寄生獸

總之,走錯路的寄生蟲一般來說就是死路一條,但這寄生獸顯然比較特別一點。雖然說寄生獸主要侵佔的部位是腦部(或該說是整個頭部?),但是萬一不得已,也是可以屈居其他宿主部位的,好比說主角新一的右手,或是另一個人類宿主的下巴頸胸部位。這一點,寄生獸就比現實生活中的寄生蟲彈性得多。

而且屈居非目標部位的理由,居然還可以是因為宿主即將死去,所以先與宿主融合以拯救宿主?是啦,寄生蟲跟宿主其實是命運共同體,真的要長治久安的話,寄生蟲的確是該讓宿主好好活著,這樣才能有源源不絕的資源可供剝削。但在自然界中,信手拈來也是有一狗票的寄生蟲,當它們為了完成生活史的時候就會操縱宿主去自殺(例如第一篇文章提到的弓漿蟲操縱老鼠、絛蟲操縱蝸牛、或是底下的兩個影片),完全不留情的啊。

說到底,蟲不為己天誅地滅,宿主不過是寄生蟲的資源罷了,一切還是以寄生蟲的福利為依歸,而像寄生獸這樣神通廣大考慮到未來又有能力拯救宿主於溺水的寄生蟲,還真的沒見過哪。但話說回來,寄生獸雖然能力強大,但要是遇上解決不了的宿主的傷害(好比說車禍重傷或宿主體內有毒素入侵)時,寄生獸還是會拋下宿主另覓生路的。這一點,寄生獸又跟寄生蟲沒啥兩樣。就好像,當一隻有鐵線蟲寄生體內的蟋蟀不幸被捕食者吃掉的時候,這鐵線蟲並不是「跟宿主一起共存亡」或什麼「寄宿同心其力斷金」,而是自顧性命能跑就跑。於是,出現「蛙口脫逃」或「魚鰓脫逃」這樣的場面,其實也就不難理解了。

(台灣的鐵線蟲學者寫的鐵線蟲介紹)

最後,負責解剖和分析寄生獸的醫師由井是這樣描述的:

寄生獸的細胞本質跟人類非常相似,但是特點在於他們像是「會思考的肌肉」,於是能瞬間變成橡膠般柔軟、有彈性或鋼鐵般堅硬、鋒利。

這樣的敘述讓我想到黏菌,但黏菌並沒有那麼大的本事可以隨心所欲變化材質特性,頂多只有從隨意變形的變形體轉成有固定形狀的子實體罷。不過既然這變形體看來軟趴趴而子實體又要有固定形狀想來也是稍有硬度,或許黏菌的這個特質也是寄生獸作者取材的對象吧。

但重點是,黏菌不是寄生蟲啊,黏菌不是寄生蟲啊,黏菌不是寄生蟲啊啊啊啊啊。(為什麼要講三次大家應該都知道了)

取代宿主部位的寄生獸

取代宿主部位的寄生獸

X光顯示整個宿主的頭部都被寄生獸代替掉了

X光顯示整個宿主的頭部都被寄生獸代替掉了

文章寫到這裡,最後一個寄生獸的奧妙之處,其實是在於「宿主部位取代」這件事情。雖然漫畫裡說寄生獸主要是入侵腦部,但精確一點來看,其實應該是『取代宿主頭部』才對。不管是從寄生獸在宿主之間轉換時要砍掉新宿主的肢體部位,或是後來軍方要消滅寄生獸時以X光掃描可疑群眾的畫面,其實都明示了寄生獸根本不是「侵佔」宿主身體部位而已,而是整個把宿主的部位消化掉並且取而代之。

這一點,在寄生蟲案例上幾乎是少之又少,畢竟寄生蟲雖然住在宿主身上,但終究是涇渭分明的兩個生物個體,寄生蟲在寄生之後把自己身體簡單化或部份融入宿主身體部位的例子不是沒有(例如下圖的寄生橈腳類),但要越俎代庖的「變成」宿主身體部位的模樣還要執行正常功能(寄生獸變成的頭部是可以吃喝視聽嗅外加操控整個宿主身體的啊),那還真的是幾乎沒有。

雌性寄生橈腳類的型態變化

寄生後超級變形的寄生橈腳類雌性,以及根本就是雌性的寄生蟲的雄性

是的,幾乎沒有,但還是有。生物的奧妙之處,就在於總是有各種古怪的案例可供作者取材。要說寄生蟲「取代」了宿主的身體部位而且還執行功能,那就一定要看縮頭魚虱這種「目前已知唯一完全取代宿主器官的寄生方式」的寄生等足目了。

縮頭魚虱(Cymothoa exigua)有一票的近親種,大家都是魚體上或口腔內的寄生蟲,但不知為何,就只有縮頭魚虱演化成這樣,不但進駐了宿主魚的口腔,巴住了宿主的舌頭吸血,讓宿主的舌頭萎縮掉,居然還佛心來著的就抓在原本舌頭的位置上,取代了舌頭的功能?!各位不覺得這有點像是小偷進了家門,搜刮財物之餘居然還幫你整理家務照顧房子一樣,搞到後來都不知道誰是屋主,還有該不該感謝對方了……

瞧瞧這縮頭魚虱那尖尖的爪子,詭異的取代宿主部位的習性,我真的覺得寄生獸應該有從中得到靈感吧?你說是嗎?

(寄生獸全系列文章完,謝謝收看,我們後會有期。)

鳥羽之美:鳥為何有多彩多姿的羽毛?

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鳥類,在生物學上,其實就是一種爬蟲類,牠們的祖先就是恐龍。我們認識到的「恐龍」,嚴格來說,應該叫做「非鳥類恐龍」,而鳥類則是「鳥類恐龍」。我和朋友打賭,說賭輸了請他們吃恐龍肉,如果真賭輸了,用雞排就能應付了。

當初我念生命科學時,有朋友問我是因為當時最紅的桃莉羊嗎?我的答案是,不是,是因為看了科幻電影《侏羅紀公園》(Jurassic Park)的原著小說。曾身為醫生和科學家的科技驚悚小說之父麥可‧克萊頓( Michael Crichton,1942 -2008),在原著小說中加入了不少紮實的科學知識,讓我一賭生命科學的奧妙。

《侏羅紀公園》的小說和電影熱潮,甚至在學術界引起不少認真的討論。書中提到用蛙的基因體來改造成恐龍,現在看來是頗不實際的,因為鳥類的基因體和恐龍的才最相像,而且何必想要從琥珀的蚊子中抽取到恐龍的 DNA呢?那樣只會抽到一堆蚊子的 DNA,還不如用演化基因體學的方法來推估恐龍和鳥類基因體究竟可能差異在哪,再用基因工程改造鳥類。

雖然《侏羅紀公園》在當時很前衛,可是1993年的《侏羅紀公園》到2015年夏天將上映的《侏羅紀世界》,轉眼間又過了廿幾年。在這廿幾年間,科學家對恐龍的認識,又更上了層樓。其中,最具顛覆性的新認識,就是發現原來好些在《侏羅紀公園》中出現的恐龍,原來表皮不是像鱷魚或蜥蜴那樣光禿禿、滑溜溜的,而是像鳥類那樣長著光鮮亮麗的羽毛。

《侏羅紀公園》和《侏羅紀公園 2:失落的世界》中,動作迅速、伶俐而且異常殘暴的迅猛龍,身體應該要覆蓋者羽毛才對。不知如果當時電影中跳來跳去攻擊獵物的迅猛龍是全身毛絨絨的,會不會讓主角和觀眾們都很囧。

羽毛主要是由蛋白質組成的,當恐龍或鳥類死亡後,羽毛會被細菌或真菌分解,只有少數遠古的幸運兒,有機會成為化石後,還完整地保留羽毛,供後人欣賞。過去的廿年中,古生物學家們在中國新疆準噶爾盆地、內蒙古東南部和遼寧西部以及德國和俄國西伯利亞侏羅系地層中,在中國東北地區、蒙古戈壁地區、北美、南美以及非洲的白堊系地層中發現了大量帶羽毛的恐龍化石。這意味著具有毛狀衍生物和羽毛可能是獸腳類恐龍,甚至是大部分恐龍的普遍特徵。所以,真實的獸腳類恐龍如迅猛龍,搞不好應該都長成這些德性:

《侏羅紀公園》的系列電影和小說中出場的恐爪龍、嗜鳥龍、美頜龍、雙脊龍,其實身上也都帶有光鮮亮麗的羽毛。在《侏羅紀公園》裡頭,最接近鳥類的恐龍可能就是迅猛龍,而最接近鳥類的現生爬蟲動物是鱷魚。鳥類從恐龍演化而來的證據有骨骼解剖、行為和生理上的相似,這些相似處尤其來自馳龍科的恐爪龍、傷齒龍科的蜥鳥龍等等,除了羽毛之外,有化石證據顯示這些恐龍會利用胃石進行消化,這和一些草食性鳥類頗為相似;恐龍的骨骼也有氣腔,意味著恐龍可能像鳥類一樣是內溫動物;恐龍不僅也會築巢並育幼,牠們的蛋和鳥類的也很相似;恐龍的骨骼特徵顯示牠們的骨骼同樣生長迅速等等。有了這些證據,反而很難排除鳥類的祖先就是一種獸腳類恐龍的可能性。

可是無論如何,沒有任何一隻鳥長得像迅猛龍或鱷魚啊。那是因為在鳥類這一群動物裡頭,演化出太多新穎的特徵了!與其他陸生脊椎動物相比,鳥是一個擁有很多獨特生理和形態特點的動物。鳥身披羽毛,前肢演化成翅膀,具有堅硬的喙,其他特徵還有蠟膜、孵卵斑、距、尾脂腺、嗉囊。鳥的體型大小不一,最大的鴕鳥體高可達2.5公尺,而最小的吸蜜蜂鳥體長最小僅5公分。目前全世界為人所知的現存鳥類一共有一萬多種。

鳥繼承了恐龍的羽毛,從此外觀產生了很大的變化,大到沒人會把鳥當作爬蟲動物,雖然生物學上牠們是,也不會有人把鳥當作恐龍。恐龍變成鳥,也非沒有爭議,《羽的奇蹟》Feathers: The Evolution of a Natural Miracle)這本好書,讓我們去探索科學家們,是如何看待恐龍演化成鳥這回事。雖然獸腳類恐龍成鳥,算是學術的共識了,可是仍有一派BAND的學者,堅持「Birds Are Not Dinosaurs」XD

提出羽毛演化重要理論的科學家,耶魯大學的鳥類學家普魯姆(Richard Prum)曾在2013年訪台,計畫了許多賞鳥旅程,甚至為了一種稀有的鳥類到馬祖去賞鳥。一般上,要作科學研究,一定要懂英文,可是在鳥類的起源和羽毛演化這個領域,許多貢獻卓越者,卻有中文名字,例如在〈鳥羽之美:台灣版《羽的奇蹟》〉中提到的鍾正明院士,還有中國科學院古脊椎動物及古人類研究所的周忠和及徐星等等。

羽毛是最複雜的角質化皮膚衍生物,就因為複雜,所以羽毛有許多功能,《羽的奇蹟》這本好書將為你一一道來。羽毛不僅對鳥類有用,對人類來說,最大的功用之一就是保暖吧。就因為有羽毛,連天寒地凍的南極都有鳥的蹤跡,真是不折不扣的鳥地方啊。

台灣冬天,許多人愛穿輕盈的羽絨衣、蓋溫暖的羽絨被,《羽的奇蹟》帶我們去見識了羽毛工廠,和全球特殊的羽毛供應鏈。台灣也貢獻了不少羽毛到國際市場,其中決定羽毛供應的,是台灣人愛吃的薑母鴨、烤鴨、燒鴨和鵝肉哦XD

羽毛對鳥類而言,另一大用處還有保護牠們嬌嫩的皮膚。

就是有羽毛,讓蜂鷹能抵抗虎頭蜂的圍攻。日本戰國時期,有些武士的鎧甲也用上了羽毛。雖然羽毛只能提供一些保護力,不如鋼鐵堅硬,可是羽毛質輕,讓日本武士有更大的機動力,真動起手來不見得會輸給披上堅硬盔甲的戰士。

羽毛還有一大功能,是有助飛行:

鳥是怎麼翱翔上天的,學界仍議論紛紛,就像《羽的奇蹟》裡頭提到的,有人提出是爬到樹上滑翔下來的,也有人提出是從陸地上助跑飛上去的,都各有各的證據支持,在學界還未定案。

不過,恐龍演化出羽毛的用意,恐怕不是為了保暖,因為當時地球還很溫暖。也非飛行,因為早期長羽毛的恐龍還不會飛。恐龍長羽毛,很可能是為了把妹!就像現代鳥類一樣,長出千變萬化的羽毛來把妹。像孔雀的開屏,就是鳥界的一大盛事!

還有冠青鸞(Argus pheasant)這就分佈在東南亞的雉類,其羽毛上的圓點,還有漸層,彷彿像一顆顆立體的珠子鑲在羽毛上:

連長得不太可愛的鴕鳥,都會用羽毛跳舞把妹:

《羽的奇蹟》作者索爾・漢森(Thor Hanson)提到,他為了寫這本書,還到拉斯維加斯去看了歌舞秀,真是個好藉口啊XD

拉斯維加斯最受歡迎的歌舞秀「Jubilee!」舞者的舞姿,和以上鳥類求偶有沒有異曲工同之少呢?她們身上的舞衣,就是披上假真價實的鳥羽!羽毛,曾是歐美時尚界的聖品,是女仕衣物的基本裝飾品,有人作羽毛生意發了大財,可是也有人因羽毛退流行而家破人亡。《羽的奇蹟》為我們述說了這段有趣的歷史,例如南非曾經盛極一時的鴕鳥生意。連珍貴的鴕鳥羽毛,都曾讓西方列強反目呢!

提到鳥用羽毛把妹,就不能不提幾內亞的天堂鳥:

當地物產豐富到,這些鳥類實在吃飽太閒了,公鳥勤練舞藝,用身上亮麗的羽毛來把妹。

有朋友可能會好奇,為何鳥類會長出這麼多樣的羽毛來把妹,其他動物卻不是如此?這是個好問題,原因有很多,一樣羽毛夠複雜,能產生變化,不是我們哺乳動物簡單的毛髮能相提並論的。而且鳥類的視覺一般上來說頗好,有興趣可以參考這本好書《鳥的感官:當一隻鳥是什麼感覺?》Bird Sense: What It’s Like to Be a Bird?)(請參見〈鳥的超強感官〉)。所以訊號(羽毛)和感官(眼睛)對上了,就能變幻無窮。

鳥類優異的感官也不限於視覺啊,鳥的鳴唱也是遠近馳名的。鳥類不僅能用嘴歌唱,還能把羽毛當弦弓,以下影片介紹的就是《羽的奇蹟》提到的梅花翅嬌鶲:

能用羽毛發出樂音把妹的,還不只是梅花翅嬌鶲,還有蜂鳥:

以上例子說不定還僅是冰山一角而已。羽毛能帶給我們的驚喜恐怕還不止以上例子。

鳥類是充滿創意的動物,把羽毛用作多用途,能飛翔又能把妹,讓自己和人類能溫暖。可是我們人類也不遑多讓啊《羽的奇蹟》提到用毛鉤釣魚,我雖然沒試過,不過已經聽許許多多玩過的老美說,那是個很能讓人上癮的嗜好;中國人寫字用歷史悠久的毛筆,用的是獸毛,可是西方人用的,就是鋼筆的前身羽毛筆。看了《羽的奇蹟》的解說,才知道原來羽毛筆的製作也是門絕活,用羽毛筆寫好字,現在也能算是絕活了吧XD

《羽的奇蹟》把羽毛的身世和用途寫得興味盎然,不僅是鳥羽的傳記,也是人類的文化史。除了《羽的奇蹟》,祁偉廉先生的《鳥羽:台灣野鳥羽毛圖鑑》也值得大力推薦,這本圖鑑是一本集實用和藝術質賞價值於一身的好書。《鳥羽》全書蒐藏了42科108種、近3000枚取自台灣野鳥身體各部位的羽毛,以實物大小呈現。優雅地帶我們遨遊美麗的羽毛世界(請參見〈鳥羽之謎〉)。

本文原刊登於The Sky of Gene

消滅蚊子的大絕招:讓雌蚊變性

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「嗡~嗡~嗡~」晚上睡覺時如果聽到這種聲音,代表你今晚又必須跟擾人清夢的蚊子奮戰一整夜了。被蚊子吵到不能睡、被叮幾個包其實都還算小事,如果你被埃及斑蚊(Aedes aegypti)「叮」上了,可能還會得黃熱病或登革熱。不過,在埃及斑蚊中也只有雌蚊會吸人血和散播疾病,所以科學家打算在基因上動點手腳,將埃及斑蚊的雌蚊都變性成雄蚊。

過去,科學家已經發現,決定埃及斑蚊會不會長成雄蚊的DNA片段就位於第一對染色體上,他們將這個片段命名為核心M(M locus),但科學家仍無法確切指出到底是哪個特定的基因具有這種決定性別的功能。事實上,由於這個基因太小了,科學家在2007年所公布的埃及斑蚊染色體組中甚至沒有包含這個基因。

為了找出這個基因,維吉尼亞理工學院暨州立大學(Virginia Polytechnic Institute and State University)的分子遺傳學家Zach Adelman和他的同事們找來兩個不同品種的埃及斑蚊,他們列出這兩種埃及斑蚊的雄蚊及雌蚊的數千段DNA片段,並在其中找出較常出現於兩個品種的雄蚊的DNA片段。根據這種方法找到164個符合的片段後,他們再將這些片段與胚胎期較活躍的基因進行比對,試圖找出在雄性胚胎前期較為活躍的片段。經過不斷的分析及比對,只剩下24個片段符合所有的特徵,而研究團隊也在這些片段中發現一個全新的基因,並將它命名為Nix。

研究團隊近日在科學網站Science公布,當他們在雌蚊的胚胎中注入含有Nix基因的DNA片段,大概一半的雌蚊都會因此長出雄蚊的外生殖器(不過研究團隊並沒有測試這些變性後的雌蚊是否還具有吸人血及散播疾病的能力)。Adelman表示:「我們仍不是很確定哪個DNA片段能決定埃及斑蚊能否長成雄蚊,但可以確定的是,這個片段中一定有包含Nix基因。」

等研究團隊成功找到決定埃及斑蚊性別的DNA片段後,他們就能將這個研究結果應用於現存消滅蚊子的方法上。例如,專門研究如何消滅蚊子的Oxitec公司就能將這項研究結果與他們的發明結合。Oxitec公司已經研究出一種能讓蚊子的後代夭折的基因,如此一來就能大大減少蚊子的數量。不過,由於雌蚊會散播疾病,Oxitec公司僅能以雄蚊來進行這項計畫。昆蟲學家Bart Knols說:「如果你可以只繁殖雄蚊,就能夠降低執行的成本並提升效率。」Knols自己在荷蘭擁有一間專門製造捕蚊器的In2Care公司。

Knol也特別提醒,研究團隊必須證明他們有辦法進行完整的變性程序。Adelman表示,在他們的研究中,只有一部份的雌蚊會變成雄蚊,因為Nix基因必須先完全植入蚊子的染色體組,才有辦法製造數量足夠的蛋白質。他說:「如果這個過程能在蚊子的組織中隨時進行,那我們就有機會能研究出變性成功、且具有生育能力的雄蚊,我們正在朝這方面努力。」

把眼光放遠一點,這可能可以再導出另一個消滅蚊子的策略。近期,科學家也公布一個能將特定基因100%遺傳給下一代的方法。如果將這個方法與Nix基因結合,我們就能製造一個散佈雄性基因的連鎖反應。Adelman說:「如果將這種雄蚊釋放出去,牠們就會再繁殖出更多的雄蚊,直到牠們的族群完全被消滅。」但Adelman也承認,目前談論這些技術還嫌太早,他說:「在這些方法進入實際應用層面之前,我們仍需要研發出能控制這些系統的技術。」

資料來源:

Gene turns female mosquitoes into males Science Now [May 21, 2015]

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