網站更新隱私權聲明
本網站使用 cookie 及其他相關技術分析以確保使用者獲得最佳體驗,通過我們的網站,您確認並同意本網站的隱私權政策更新,了解最新隱私權政策

0

0
1

文字

分享

0
0
1

海洋裡靜悄悄的世代革命:海洋中的細菌和碳循環

陳俊堯
・2016/08/05 ・2762字 ・閱讀時間約 5 分鐘 ・SR值 472 ・五年級
Photo credit: Øystein Paulsen - MAR-ECO. CC BY-SA 3.0. https://goo.gl/GmTvbF
磷蝦是海洋生態系裡重要的生物,死後屍體成為漂浮在海水裡的幾丁質顆粒。Photo credit: Øystein Paulsen – MAR-ECO. CC BY-SA 3.0.

回到以前的店家、學校、公司、團體常會讓人心裡浮出一堆感嘆。以前在這裡當家的不是這些人啊,才幾年不見,原本的熟悉的主要成員慢慢被現在這批人給取代了。有人說這樣的改朝換代是順應潮流,是跟上時代,有人會抱怨說這是劣幣驅良幣。不過這是適者生存的結果,雖然不見得符合你心裡認定的理想狀態。

要描述這樣的現象,生物學家可能比較喜歡自然演替(succession)這個名詞。自然演替可能出現在地球上每個被生物佔據的角落。例如都市的出現讓很多生物從地表消失,夜鶯成為都市人晚間熟悉的聲音,八哥開始大量出現在我每天上班要經過的大馬路上。這些都是你我小時候不會看到的景象,然而在這幾年或幾十年的時間裡,生物的演替帶走了一些老朋友,也帶來了新朋友。我們很難阻擋這種變化的發生(總不能摧毀城市吧),但是一直試著理解這些變化怎麼發生,並且評估可能造成的影響。只是我們總是只注意那些我們看得到的生物上發生的演替,看不到的角落裡一樣發生著某些生物消滅其它生物的案件。在生長快速的微生物世界裡,演替的故事應該更多吧。

海面下的碳封存

正當地球上的人類(只有某些)為了空氣裡有太多的碳而憂心的同時,海面下有更多的碳在流轉。二氧化碳在被植物藻類菌類以光合作用轉換為有機物之後暫時從空氣中消失,這些有機物可能是屍體,可能是微生物的分泌物,被動地跟著水流和重力的拉扯而移動。在它們從海平面往地心緩緩移動的過程中,或許碰上覺得它美味的生物,會游過來啃一口帶走一些養份。但是大部份從海面落下的有機物,最終還是會再經由另外一隻生物的呼吸作用或厭氧代謝,又回到空氣裡成為我們的煩惱。有一部份的有機物在這過程中逃過生物的代謝網,沉積到海洋的深處去,把碳永遠封在又黑又冷的海底。這些海洋中有機物小顆粒的下沉過程發生了什麼事,跟地球上的碳平衡,或者誇張點說跟人類的存活,是有關聯的。

到底在這個過程中,是誰在這些在海中緩緩下沉的有機物碎片上做了什麼事呢?你當然不會想要帶個顯微鏡潛水盯著一顆小碎片做追踪報導,事實上這樣做也看不到什麼東西。一篇剛出爐的研究提供了有趣的線索。首先,海洋裡的有機物碎片到底是什麼?這些有機物可能來自屍體或分泌物,如果是這樣的話那主要成份會是蛋白質跟簡單醣類,這些東西在養份不多的環境裡很快就會吃光光,有機會到處漂的,大概會是從大量節肢動物屍體來的幾丁質碎片。

各種蝦、蟹皆屬於節肢動物門,圖為加州刺龍蝦(Panulirus interruptus) source:wikipedia
各種蝦、蟹皆屬於節肢動物門,圖為加州刺龍蝦(Panulirus interruptus)
source:wikipedia

在實驗室追踪漂流中的有機顆粒

要介紹的這篇研究,設定的目標就是要弄清楚幾丁質在海洋中的命運。研究人員拿了直徑為 40 微米(um, 40 um = 1/25 mm)的幾丁質顆粒來當餌球,看看海洋裡的細菌會怎麼佔領這顆小球。更精準點說,要看看細菌社會在這顆小球上發生的自然演替。

不過研究人員可沒打算為這演替守上五年十年,他們只打算觀察大概,六天。

在這六天裡能看到什麼變化呢?面對這個小球,細菌得先降落在上面,附著把自己黏好,住下來再說。研究人員追踪小球上的細菌數目(以 16S rDNA 套數為估算指標),大概花了兩天菌口數就維持穩定了。在這兩天的時間內,細菌的多樣性先是在第一天快速上升,看起來一開始是個誰都能移民過來,佔地為王先搶先贏的局面。後來菌口多了,出現激烈搶奪,只留下競爭力比較強的強者物種稱霸,導致在第二天就出現多樣性快速下降的狀況。才兩天,這裡的社會已經改過朝換過代了。

是誰住在那顆星球上

那到底都是些什麼樣的細菌,出現在這些幾丁質小球上呢?

研究人員把小球上的細菌 DNA 全部收集下來,經過仔細的定序,並且解讀出這些序列分別是什麼基因,他們發現在第一天裡海水裡路過的細菌都能來坐坐,但是到了第二天細菌數量變多,最後能留下來的很多是能利用幾丁質當養份的細菌。這結果顯示,如果一個菌種能開發別人不能使用的資源,就能為自己帶來優勢及存活的機會,這一點在人的和在細菌的世界都是一樣的。這時期裡不少細菌能分泌胞外酵素分解幾丁質,而且讓附近的細菌共享分解出來的醣類,也經由大家一起製造酵素,讓細胞附近的酵素維持在高濃度來提高分解效率,達成彼此同工共享的雙贏結果。

改朝換代

你以為這些能利用幾丁質的細菌們從此分工共享,就過著幸福快樂的日子了嗎?我也這樣想,不過事情並沒有我想得這麼簡單。

研究人員發現第三天起情況發生改變。這時細菌的多樣性又開始增加,而幾丁質利用細菌的數量開始出現緩慢的下降走勢。他們發現在第三天之後出現的細菌不太會利用幾丁質,甚至連別的細菌切開幾丁質之後流出的醣類都不吃,所以這些新來的細菌是完全不能自己從幾丁質萃取到養份的。

研究人員選了兩株第三天新出現的細菌,來測試它們跟第二天出現的幾丁質分解菌配對後能不能在幾丁質上生活。他們拿新來的菌跟第二天菌株裡會共享幾丁質的菌株一起培養,發現長得很好。但是當他們拿這些菌跟第二天菌株裡不分享幾丁質的菌株一起培養時,發現這些新來的菌居然長得更好。這些新來的菌到底是吃什麼長大的呢?顯然這些新來的細菌從幾丁質分解菌手上得到了某些好東西來當養份活下來,或者它們硬是從幾丁質分解菌那裡搶奪了什麼資源來使用。雖然這個研究裡還看不出兩群細菌間互通了什麼有無,但是至少我們知道了細菌的世界沒有我們想像中的那麼簡單。

螢光顯微鏡下的野生海洋微生物。 source:Microscale marine interactions may shape critical carbon cycles Credit: Massachusetts Institute of Technology
螢光顯微鏡下的海洋微生物。
source:Microscale marine interactions may shape critical carbon cycles
Credit: Massachusetts Institute of Technology

你那顆幾丁質球到底吃掉了沒有

海洋裡不知道有多少顆的幾丁質球,到底走上了什麼樣的命運?從這篇研究報告裡看起來,幾丁質的分解至少不會像點蠟燭一樣,點了火就會一路燒到完。幾丁質在經過第二個時期幾丁質代謝菌的努力下,的確消化掉了一些。不過第三天起新出現的菌株卻把第二期的細菌的工作給壓制住了。如果這個群聚走到幾丁質代謝菌消失這一步後就回不去了,那碳最終可能將以幾丁質的形式在海底封存。如果這個循環可以一再啟動,那就有更多的幾丁質可以變成二氧化碳回到大氣裡。六天之後發生的事,還要等待後續的研究來提供答案。

研究原文

  • Datta et al. 2016. Microbial interactions lead to rapid micro-scale successions on model marine particles. Nature Communications 7: 11965. doi:10.1038/ncomms11965.

 

文章難易度
陳俊堯
109 篇文章 ・ 10 位粉絲
慈濟大學生命科學系的教書匠。對肉眼看不見的微米世界特別有興趣,每天都在探聽細菌間的愛恨情仇。希望藉由長時間的發酵,培養出又香又醇的細菌人。


0

3
0

文字

分享

0
3
0

不曉得家中蟲蟲的身分嗎?或許你可以翻翻這本《台灣常見室內節肢動物圖鑑》

聯經出版_96
・2022/01/24 ・2222字 ・閱讀時間約 4 分鐘
  • 文、圖 / 李鍾旻

「請問一下,有人知道這是什麼蟲嗎?」、「家裡出現這些蟲,有誰知道牠們是哪來的?」網路討論區冒出了這類疑問句,並附上若干手機拍下的影像。這樣的貼文,你應該也見過吧?

只不過,通常這類貼文不是很少有回應,就是底下出現答非所問的回覆。像是某戶人家廚房的地瓜周圍冒出了幾隻「甘藷蟻象」,可是一些網友把牠誤認為是「隱翅蟲」;某人在廚房放了一陣子的糙米突然生出一群「粉斑螟蛾」,然而卻有人認為那是「衣蛾」。

「甘藷蟻象」在室內出現時通常與地瓜有關,因為牠們的卵或幼蟲偶爾會隨著市售地瓜被攜入家庭中。
「粉斑螟蛾」是近年來在穀物中常發生的昆蟲,其幼蟲能取食多種乾燥食品,且相當適應乾燥環境。

我們所處的居家環境中,蘊藏著一個微觀的小小世界,有許多節肢動物原本就住在我們的屋子裡,或者是隨著人類活動而悄悄被帶進家庭環境。儘管生活周遭有各式各樣的動物,但大家對於這些在室內出現的小生命,向來認知很少,或是一知半解。

某些情況下,一些人可能會出於興趣或好奇而想認識牠們,但通常一般人會開始想去知道家裡出現的蟲「是誰」,不外乎是想弄清楚這些事情:「牠對人有沒有害?」、「牠為什麼會出現在家裡?」、「牠會不會干擾生活?」

「菸甲蟲」與其所啃食過的紅豆。菸甲蟲能取食許多植物製品,常隨著袋裝食品被攜入家庭中。

現今這個時代,「網際網路」幾乎可說是現代人獲取資訊最方便的管道。當家裡出現了不認識的、來路不明的蟲,大部分人除了在網路討論區發問,大概就是直接利用 Google 等網路搜尋引擎試圖找出答案了。然而網路上的一切影像、言論卻不盡然可靠正確,甚至有些資訊是出自內容品質普遍不良的「內容農場」網站。而把網路文章複製又轉貼給親友的你,甚至還可能直接或間接的助長了謠言的散播。

倘若你也是那個正苦惱於該怎麼辨認家中小生物的民眾之一,那麼建議你可以考慮閱讀這本書:《台灣常見室內節肢動物圖鑑》。它就是一本專門介紹居家性節肢動物的實用圖鑑,書中介紹了 101 種台灣室內環境常見的物種,可以幫助大家認識生活中常見的昆蟲、蜘蛛、馬陸等節肢動物。

巧克力中所發現的「粉斑螟蛾」幼蟲,周圍可見其糞便及取食所造成的缺口。

你說「自己很怕蟲,家人也不喜歡蟲!」、「我就是不喜歡牠們,為什麼我要去認識這些蟲?」這樣啊,你的心聲其實也是很多人的心聲。事實上,對節肢動物沒什麼好感的你,更應該入手一本,或者到圖書館借這本書來翻一翻。我是說真的!

為什麼呢?因為誤解與偏見,往往是出自於對牠們的不了解。比如說,常有人誤以為家庭中所出現的,大多是有害或骯髒的物種;然而事實卻正好相反,在居家室內常見的節肢動物中,真正對人有害的種類所占比例甚少。若正確的認識牠們後,也許你會對這些小生物們改觀,明白牠們其實並沒有想像中的可怕,進而讓你的日子過得更安穩愉快。

況且,假如你正苦惱於家中節肢動物橫行,想抑制蟲子們的數量,但在不曉得牠們確切身分的情況下,你很可能使用錯誤的方法與態度,越弄越沒有頭緒。試著去了解你煩惱的蟲的一切,才能夠知道怎麼去處理、應對,才能曉得該如何透過整理環境,減少牠們出現的機會,不是嗎?

從閱讀與出版的角度來看,儘管出版市場琳瑯滿目,然而市面上的自然科普類書籍比例偏低。絕大多數的自然科普類出版品,又都是翻譯自日本或其他國家,國內兒童、青少年從閱讀的過程裡認識到的節肢動物種類,往往便是國外的物種,或者一些商業化販售的寵物昆蟲。因此,不只是成年人,對於想認識我們生活周遭常見生物的中小學生,《台灣常見室內節肢動物圖鑑》也會是個很好的選擇。

「擬穀盜」常見於麵粉及麩皮中,偶爾也會隨著穀物製品來到家庭環境。

雖然,我很希望你能明白「家裡有許多種類的節肢動物很有趣」這件事,然而畢竟每個人都有各自的觀點,我也不可能強迫正在讀此篇文章的你,去接納家裡的每一種節肢動物、要求你一定要懂得欣賞牠們。

但是至少,請你務必記得,當家中有任何節肢動物活動的跡象時,這本《台灣常見室內節肢動物圖鑑》,應該可以滿足大部分你想知道的「室內蟲蟲」種類,解答你心中的一些辨識疑惑。或許,它還能夠引導你對自身所處的這片環境、自己所生長的這塊土地,有更深刻的體認。


想認識居家室內節肢動物的讀者,可參考本文作者所著《台灣常見室內節肢動物圖鑑:居家常見101種蟲蟲大集合,教你如何分辨與防治》(聯經出版)。

——本文摘自《 台灣常見室內節肢動物圖鑑:居家常見101種蟲蟲大集合,教你如何分辨與防治 》/ 李鍾旻, 詹美鈴,2021 年 11 月,聯經出版

 

聯經出版_96
141 篇文章 ・ 21 位粉絲
聯經出版公司創立於1974年5月4日,是一個綜合性的出版公司,為聯合報系關係企業之一。 三十多年來已經累積了近六千餘種圖書, 範圍包括人文、社會科學、科技以及小說、藝術、傳記、商業、工具書、保健、旅遊、兒童讀物等。