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小鰻苗在茫茫大海千里尋根,如何不迷失方向?--《科學月刊》

文/林翰佐|銘傳大學生物科技學系副教授,《科學月刊》總編輯。

現在多數人對鰻魚的主要印象大多來自於香噴噴的鰻魚飯,但在美味可口的背後,鰻魚的一生仍有許多有趣的未解之謎。

一說到鰻魚,第一個是直覺是不是就想到鰻魚飯呢?圖/挪威 企鵝 @ Flickr

鰻魚的迴游

鰻魚與鮭魚是動物界著名的洄游性魚類,兩者的一生都注定了一趟壯遊,不過牠們漂泊的方向則是恰恰相反的。鮭魚的一生開始於淡水河流,體型稍長之後便游入大海,然後在成年之後歷經千辛萬苦回到了出生地,完成傳宗接代的任務之後力竭而亡;鰻魚的生命歷程則是始於大洋的深處,然後所產生的幼苗以浮游狀態回到陸棚的沿岸地區,後溯溪進入溪流,在溪流中渡過數年的成長期,然後再返回海中的產卵場完成傳宗接代的任務。

目前科學家相信,臺灣常見的日本鰻鱺(Anguilla japonica)產卵場在馬里亞納海溝的西緣,位於關島附近的水域,而美洲鰻鱺(Anguilla rostrata)與歐洲鰻鱺(Anguilla anguilla)則以馬尾藻海(Sargasso Sea)為主要的產卵地,著名的百慕達三角洲便位於馬尾藻海的西緣。

追蹤成年鰻魚的研究,沒那麼容易

如果說自然界的鮭魚返鄉是一部壯闊的史詩巨片,那鰻魚的洄游無疑是一部懸疑劇。多年以來,為了獲得鰻魚洄游回到產卵地的確實證據,科學家們運用了許多生態學研究的方式,例如綁上不易損壞的號碼牌與聯絡資料,讓日後捕獲該魚的漁夫得以通報位置的繫放法,到最近因為電子科技的進步得以實現的 GPS 定位與訊號發送的技術。

不過即便如此,這樣的實驗仍然具有相當的難度,例如,即便足以洄游的鰻魚均已成年,它們的體型仍僅約在 3~5 公斤之間,想要在不影響鰻魚洄游狀態下獲得鰻魚位置的資料,需要縮小發報機的體積直到鰻魚可以攜行的標準,並且需要克服鰻魚在深潛狀況下無法進行定位以及訊號發送的問題。

先前的研究也發現,鰻魚洄游過程其實佈滿殺機,以美洲鰻為例,洄游旅程當中會通過鯊魚出沒的區域,讓研究增添更多的挑戰。直到 2016 年,一組加拿大的研究團隊在花費相當的經費與時間後,才成功實現鰻魚洄游的衛星標定技術,成功追蹤一隻美洲鰻鱺回到產卵場──馬尾藻海附近水域,這隻重量約 3 公斤的年輕鰻魚,一共花了45 天的時間,游了近 2400 公里左右的距離。這項實驗驗證了先前科學家們的假設,成年鰻魚的確有能力可以回到產卵地,來達成傳宗接代的任務。

美洲鰻鱺(Anguilla rostrata)。圖/Alan Cressler @ Flickr

小鰻苗的尋根之旅

鰻魚在產卵地產卵的真實狀況目前所知甚少,然而從一些觀察當中仍可以透露出一些端睨,例如從鰻魚苗的捕撈經驗來說,魚苗的出現是成批的,暗示著鰻魚在產卵地的交配行為有同步化的趨勢,成年的鰻魚可能隨著月週期舉行難以想像的巨型派對,然後同時產下數以兆計的鰻魚卵。

鰻魚卵在孵化後會呈現葉子狀的特殊形態,這種我們稱為「柳葉鰻」的幼苗會隨著洋流以蜉蝣狀態進行海上漂流,大約經過數個月的時間從產卵地抵達大陸棚沿岸,此時的鰻魚苗會進化成為透明線型外觀的「玻璃鰻」,這就是漁民於每年東北季風來臨之際在海邊辛勤捕撈的鰻苗。

地磁是鰻魚尋根之旅的關鍵

前述的故事雖然合於邏輯,但有些重要的細節顯然仍缺乏合理的交代。譬如即便洋流是鰻魚幼苗長途旅行的主要疏運工具,不過洋流本身無法進行「戶對戶(door to door)」的服務,在關鍵時刻,還是需要靠自身的力量把自己推向目的地。重點是,鰻魚苗要如何知道「關鍵時刻」的到來。

科學家們提供了許多種版本的假設,其中一種假設認為,鰻魚苗具有地磁的感受能力,並且具有「磁場地圖(magnetic map)」這種源自演化上的記憶,當鰻魚苗感知磁場接近的狀況,就會喚起鰻魚本能地進行某些行為因應。對於脆弱的鰻魚苗而言,擁有磁場地圖的能力顯然是重要的,唯有在對的時間上使盡全力,才能增進族群繁衍的機率。

在近日發表於《當代生物學》(Current biology)的一篇文章當中,一組由美國北卡羅來納大學教堂山分校(Chapel Hill),邁阿密大學與瑞士相關研究機構所組成的跨國研究團隊,嘗試探討鰻魚幼苗是否具有感受地磁的能力,並探討地磁上的細微變化是否影響牠們的游泳行為模式?

這個研究團隊設計了一個相當特別的實驗設施,這個被稱為「競技場(arena)」的裝置是由一個 25 公分直徑的中心圓柱形壓克力盒以及外圍環繞於中間的 12 個小隔間所組成,每一個隔間大約可代表羅盤上的 30 度方位角,中間區與周邊的隔間具有活門供實驗操控。這樣的研究裝置可以在海洋下不同的深度狀態下進行實驗,這些科學家們便坐著海洋研究船,循著歐洲鰻鱺遷徙的路徑,分別選在百慕達三角洲附近海域,大西洋西北部與北部海域,利用這樣的裝置在海面下進行相關的研究。

2017/04/13 發表在《當代生物學》〈A Magnetic Map Leads Juvenile European Eels to the Gulf Stream〉的附圖。A.B.C 和 D 分別是放在不同海域中的「競技場」,從其四周三角形方位大小的比例可以看出,鰻魚在洄游時對於特定方位反應較敏銳。圖/〈A Magnetic Map Leads Juvenile European Eels to the Gulf Stream〉

研究團隊原本的預想是,鰻魚苗是具有地磁感應力的,這個地磁感應能力具有導航上的指標,而讓鰻魚苗能夠朝向目標區前進。然而實驗的結果有些出人意表,科學家們的確發現鰻魚苗似乎具有感地磁變化的特殊能力,在不同地理位置下呈現具有特定方位的游泳行為,不過這些鰻苗的游泳方向跟原本的預期相去甚遠,在方向上近乎轉了180 度,這點讓參與的科學家們不解。

透過海洋數學模式專家的協助,這項謎團終究獲得了解答。透過電腦模擬,科學家們了解,也許這些看似莽撞的行為對魚苗而言反而是個明智的選擇,讓它們具有更高的機會進入到環繞於墨西哥灣後北上的大西洋環流(Atlantic current),讓這些歐洲鰻鱺的幼苗搭上便車,能更快速的到達歐洲。

生命科學的研究其實是需要建立在研究數據的累積,有時候實驗的假設跟後續的結果會有相當的出入,但就是因為如此,從事科學工作才會是有趣而充滿挑戰的工作,也因如此,我們更需敬天畏地,常保謙虛之心。


 

 

 

本文選自《科學月刊》2017 年 6 月號

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