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沉默的警訊—擱淺鯨豚想告訴我們的事

活躍星系核_96
・2016/08/18 ・2869字 ・閱讀時間約 5 分鐘 ・SR值 546 ・八年級

文/林雅容

擱淺鯨豚
擱淺鯨豚縱使死亡了,還是能告訴我們許多故事。圖/中華鯨豚協會提供

每每遭遇鯨豚擱淺,如果動物仍在呼吸,後送復健的艱苦任務立馬展開;但如果動物已經死亡,腐敗不嚴重的鯨豚則將進行解剖,除了查明動物死因,研究鯨豚生理結構,更重要地,也需要盡可能地採集包含肌肉、肝、腎、腸等樣本,仔細地封袋、裝罐,以交給後續研究人員處理。每每在提及鯨豚擱淺救援的意義與目的時,這些一袋袋一罐罐看似不起眼的血肉,事實上隱藏著海洋的祕密訊息,是我們深入了解鯨豚、人與海洋的關鍵。

1996 年,中華鯨豚擱淺處理組織網成立了,在眾多獸醫、專員和志工的努力下,台灣方才開始有組織有規劃地處理擱淺鯨豚、收集組織樣本,對於台灣這個蕞爾小島周圍的廣大海域,得以從不同角度的眼光來認識與了解。高雄中山大學的陳孟仙教授也在此時接獲周蓮香老師的一通電話,旋即加入鯨豚救援組織的大家族中,從創始之初至今,透過鯨豚擱淺組織網所蒐集將近二十年的組織標本經化學分析,發現了台灣周遭海域海豚的祕密生活以及牠們所帶來的警訊。

碳氮同位素分析判別鯨豚的棲地環境與營養位階

生活在陸地上的人們,到底要如何了解海中鯨豚的分布與生態呢?一般來說,鯨豚族群的研究以執行船隻的穿越線調查(俗稱海調)為主,延著固定航線尋找鯨豚的出沒,一旦遭遇鯨豚就在三十分鐘內亦步亦趨地紀錄其活動行為,三十分鐘後則需回到預定航線,持續搜索其他鯨豚。這樣的調查方法主要憑著觀察員過人眼力的觀察,蒐集族群數量、組成、行為等種種資訊。

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「而我是以化學分析所得的科學證據來推測鯨豚的分佈狀況。」陳孟仙教授解釋說。

透過鯨豚擱淺處理組織網,陳孟仙老師蒐集了 2001 年到 2011 年擱淺的熱帶斑海豚、瑞氏海豚、弗氏海豚、江豚、中華白海豚、侏儒抹香鯨和大村鯨等七種鯨豚的肌肉、肝、腎之樣本,進行碳氮同位素與重金屬濃度分析。

透過鯨豚組織的碳同位素分析可以了解其活動離岸遠近及深淺的棲地環境氮同位素分析則能夠判別鯨豚所處的營養位階,意即其在海洋食物鏈中的位置,例如該鯨豚是食魚、吃烏賊,還是吞磷蝦和浮游動物。陳孟仙教授的研究結果發現,東海岸賞鯨經常發現的瑞氏海豚,喜食如魷魚的頭足類,牠們幼年時多在東部近岸覓食,成年後潛水能力增加,瑞氏海豚就會向外游到水深約 200 公尺的海域潛入海裡捕食魷魚,並與幼年的弗氏海豚和熱帶斑海豚共棲,成年後的弗氏海豚就會向外游 30 公里到水深 1000-2000 公尺的大洋捕食深海魷魚和斧胸魚類。瑞氏海豚和弗氏海豚都有幼豚在較近岸,成豚在較離岸的空間利用區隔的情形,但彼此利用的空間區隔不同,所食的獵物亦不盡相同,形成有趣的棲地和食源分享的生態現象。

同樣是東岸常見種類的熱帶斑海豚,幼豚與弗氏海豚幼豚及瑞氏海豚成豚共棲在台灣東部離岸約三公里的淺海域捕食魷魚和燈籠魚,但成體成年後會向岸移棲,獵食多樣的沿岸魚類。而罕見的大村鯨,則被確認與成年弗氏海豚一樣在離岸的大洋覓食生活、主食低階浮游生物。

在台灣西海岸常見的兩種鯨豚身上,碳氮同位素的分析結果則顯示江豚和中華白海豚都是活躍於近岸沿海的動物,不過江豚如同東岸的瑞氏和弗氏海豚,都會覓食烏賊等頭足類,而中華白海豚卻極端偏食魚類。

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鯨豚分布
台灣鯨豚的分佈與食性。圖/陳孟仙老師提供

西太平洋海域污染日趨嚴重

在擱淺鯨豚的重金屬濃度分析方面,陳孟仙教授發現瑞氏海豚和弗氏海豚體內砷和鎘的濃度都特別高。由於頭足類無法代謝砷和鎘,這樣的結果亦符合氮同位素的分析結果,證實瑞氏海豚和弗氏海豚偏食魷魚的現象。然而這也造成該兩種鯨豚更容易受到污染影響而導致腎臟衰竭。相反地,主食為浮游生物的大村鯨,因為浮游生物污染物積累少、生命週期短,即便吞食量大,體內仍無重金屬濃度偏高的現象。

此外,與 1995 年時的資料相比,2001 年至 2010 年所採鯨豚肌肉與肝臟組織裡的重金屬都較高,顯示這些年來西北太平洋海域的汙染越趨嚴重,且越是多在沿近海洄游的鯨豚如瑞氏海豚和熱帶斑海豚,體內重金屬濃度越高。

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鯨豚身上小小一塊組織,隱藏著海洋的祕密訊息。圖/中華鯨豚協會提供

擱淺上岸來的鯨豚想告訴我們什麼?鯨豚擱淺的原因一直眾說紛紜,有導航失靈說、地磁改變說、生病體衰說,鯨豚擱淺的現象自古就不斷發生,在人類高度工業化之前,或許擱淺原因不容易判別。然而隨著大量的人為污染物排入海洋,地中海地區的鯨豚研究發現,當歐洲地中海域環境品質逐漸惡化,每年的鯨豚擱淺事件有增加趨勢從 1970 年代的六件暴增到 1988 年後每年 50 件左右。陳孟仙教授的研究也曾檢測 1995 年檢測誤捕鯨豚發現,肝臟內汞含量最高的瓶鼻海豚,也是 1990 年至 2000 年間擱淺最多的鯨豚種類。

海洋中的重金屬究竟是打哪兒來的?海洋污染是工廠非法排放的緣故嗎?一般民眾有責任嗎?陳孟仙老師嘆了口氣說,海中重金屬的濃度增加百分之百與人類的活動相關,只是尺度上,可能包含了地區性的及全球性的。舉例來說,鎘,其實是塑膠製程中的穩定劑,著名的鎘米事件,就是塑膠穩定劑公司非法排放廢水到灌溉渠道污染農田所致。台灣的日常生活使用大量塑膠,除了人們所熟知的雙酚 A 等環境賀爾蒙,其實無論在製程中、使用時或廢棄後,塑膠也有釋出鎘的隱憂。而另一種重金屬銀,則因為近年來奈米銀被廣泛用於抗菌,不但醫療院所會以奈米銀塗料粉刷牆壁地板,坊間甚至還有奈米銀洗衣機、奈米銀尿布等種種產品,導致大量的銀流入自然環境。

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「鯨豚在生病,」陳孟仙老師說,「雖然文明似乎改善我們的生活與環境,但是生活在海中的鯨豚卻在生病。」

無論是有意或無意,人類在陸地上所產生的廢棄物,許多最後都沖刷到大海。我們承襲過去人們的習慣,以為大海擁有永無止盡的包容與淨化能力,然而鯨豚動物身為海洋食物鏈的頂端消費者,卻明明白白地告訴我們,即使看似浩瀚無垠如海洋,也有盡頭,無法容納人類的肆意忘為。而且,值得深思的是,如同鯨豚位於海洋食物鏈頂端,人類更是位於整個地球生態的食物鏈頂端,我們也食用來自海洋的食物,海洋環境劣化的惡果,人類恐怕也將一起承受。

參考資料:

  1. 鯨魚也會腎衰竭 台灣沿海鯨豚共棲之謎解密
  2. 台灣海域鯨豚重金屬濃度及碳氮同位素之研究
  3. 鯨豚動物-海洋環境汞污染的紀錄器

 

本文由中華鯨豚協會授權轉載

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活躍星系核_96
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活躍星系核(active galactic nucleus, AGN)是一類中央核區活動性很強的河外星系。這些星系比普通星系活躍,在從無線電波到伽瑪射線的全波段裡都發出很強的電磁輻射。 本帳號發表來自各方的投稿。附有資料出處的科學好文,都歡迎你來投稿喔。 Email: contact@pansci.asia

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從PD-L1到CD47:癌症免疫療法進入3.5代時代
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2025/07/25 ・4544字 ・閱讀時間約 9 分鐘

本文與 TRPMA 台灣研發型生技新藥發展協會合作,泛科學企劃執行

如果把癌細胞比喻成身體裡的頭號通緝犯,那誰來負責逮捕?

許多人第一時間想到的,可能是化療、放療這些外來的「賞金獵人」。但其實,我們體內早就駐紮著一支最強的警察部隊「免疫系統」。

既然「免疫系統」的警力這麼堅強,為什麼癌症還是屢屢得逞?關鍵就在於:癌細胞是偽裝高手。有的會偽造「良民證」,騙過免疫系統的菁英部隊;更厲害的,甚至能直接掛上「免查通行證」,讓負責巡邏的免疫細胞直接視而不見,大搖大擺地溜過。

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過去,免疫檢查點抑制劑的問世,為癌症治療帶來突破性的進展,成功撕下癌細胞的偽裝,也讓不少患者重燃希望。不過,目前在某些癌症中,反應率仍只有兩到三成,顯示這條路還有優化的空間。

今天,我們要來聊的,就是科學家如何另闢蹊徑,找出那些連「通緝令」都發不出去的癌細胞。這個全新的免疫策略,會是破解癌症偽裝的新關鍵嗎?

科學家如何另闢蹊徑,找出那些連「通緝令」都發不出去的癌細胞。這個全新的免疫策略,會是破解癌症偽裝的新關鍵嗎?/ 圖片來源:shutterstock

免疫療法登場:從殺敵一千到精準出擊

在回答問題之前,我們先從人類對抗癌症的「治療演變」說起。

最早的「傳統化療」,就像威力強大的「七傷拳」,殺傷力高,但不分敵我,往往是殺敵一千、自損八百,副作用極大。接著出現的「標靶藥物」,則像能精準出招的「一陽指」,能直接點中癌細胞的「穴位」,大幅減少對健康細胞的傷害,副作用也小多了。但麻煩的是,癌細胞很會突變,用藥一段時間就容易產生抗藥性,這套點穴功夫也就漸漸失靈。

直到這個世紀,人類才終於領悟到:最強的武功,是驅動體內的「原力」,也就是「重新喚醒免疫系統」來對付癌症。這場關鍵轉折,也開啟了「癌症免疫療法」的新時代。

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你可能不知道,就算在健康狀態下,平均每天還是會產生數千個癌細胞。而我們之所以安然無恙,全靠體內那套日夜巡邏的「免疫監測 (immunosurveillance)」機制,看到癌細胞就立刻清除。但,癌細胞之所以難纏,就在於它會發展出各種「免疫逃脫」策略。

免疫系統中,有一批受過嚴格訓練的菁英,叫做「T細胞」,他們是執行最終擊殺任務的霹靂小組。狡猾的癌細胞為了躲過追殺,會在自己身上掛出一張「偽良民證」,這個偽裝的學名,「程序性細胞死亡蛋白配體-1 (programmed death-ligand 1, PD-L1) 」,縮寫PD-L1。

當T細胞來盤查時,T細胞身上帶有一個具備煞車功能的「讀卡機」,叫做「程序性細胞死亡蛋白受體-1 (programmed cell death protein 1, PD-1) 」,簡稱 PD-1。當癌細胞的 PD-L1 跟 T細胞的 PD-1 對上時,就等於是在說:「嘿,自己人啦!別查我」,也就是腫瘤癌細胞會表現很多可抑制免疫 T 細胞活性的分子,這些分子能通過免疫 T 細胞的檢查哨,等於是通知免疫系統無需攻擊的訊號,因此 T 細胞就真的會被唬住,轉身離開且放棄攻擊。

這種免疫系統控制的樞紐機制就稱為「免疫檢查點 (immune checkpoints)」。而我們熟知的「免疫檢查點抑制劑」,作用就像是把那張「偽良民證」直接撕掉的藥物。良民證一失效,T細胞就能識破騙局、發現這是大壞蛋,重新發動攻擊!

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狡猾的癌細胞為了躲過追殺,會在自己身上掛出一張「偽良民證」,也就是「程序性細胞死亡蛋白配體-1 (programmed death-ligand 1, 縮寫PD-L1) 」/ 圖片來源:shutterstock

目前免疫療法已成為晚期癌症患者心目中最後一根救命稻草,理由是他們的體能可能無法負荷化療帶來的副作用;標靶藥物雖然有效,不過在用藥一段期間後,終究會出現抗藥性;而「免疫檢查點抑制劑」卻有機會讓癌症獲得長期的控制。

由於免疫檢查點抑制劑是借著免疫系統的刀來殺死腫瘤,所以有著毒性較低並且治療耐受性較佳的優勢。對免疫檢查點抑制劑有治療反應的患者,也能獲得比起化療更長的存活期,以及較好的生活品質。

不過,儘管免疫檢查點抑制劑改寫了治癌戰局,這些年下來,卻仍有些問題。

CD47來救?揭開癌細胞的「免死金牌」機制

「免疫檢查點抑制劑」雖然帶來治療突破,但還是有不少挑戰。

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首先,是藥費昂貴。 雖然在台灣,健保於 2019 年後已有條件給付,但對多數人仍是沉重負擔。 第二,也是最關鍵的,單獨使用時,它的治療反應率並不高。在許多情況下,大約只有 2成到3成的患者有效。

換句話說,仍有七到八成的患者可能看不到預期的效果,而且治療反應又比較慢,必須等 2 至 3 個月才能看出端倪。對患者來說,這種「沒把握、又得等」的療程,心理壓力自然不小。

為什麼會這樣?很簡單,因為這個方法的前提是,癌細胞得用「偽良民證」這一招才有效。但如果癌細胞根本不屑玩這一套呢?

想像一下,整套免疫系統抓壞人的流程,其實是這樣運作的:當癌細胞自然死亡,或被初步攻擊後,會留下些許「屍塊渣渣」——也就是抗原。這時,體內負責巡邏兼清理的「巨噬細胞」就會出動,把這些渣渣撿起來、分析特徵。比方說,它發現犯人都戴著一頂「大草帽」。

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接著,巨噬細胞會把這個特徵,發布成「通緝令」,交給其他免疫細胞,並進一步訓練剛剛提到的菁英霹靂小組─T細胞。T細胞學會辨認「大草帽」,就能出發去精準獵殺所有戴著草帽的癌細胞。

當癌細胞死亡後,會留下「抗原」。體內的「巨噬細胞」會採集並分析這些特徵,並發布「通緝令」給其它免疫細胞,T細胞一旦學會辨識特徵,就能精準出擊,獵殺所有癌細胞。/ 圖片來源:shutterstock

而PD-1/PD-L1 的偽裝術,是發生在最後一步:T 細胞正準備動手時,癌細胞突然高喊:「我是好人啊!」,來騙過 T 細胞。

但問題若出在第一步呢?如果第一關,巡邏的警察「巨噬細胞」就完全沒有察覺這些屍塊有問題,根本沒發通緝令呢?

這正是更高竿的癌細胞採用的策略:它們在細胞表面大量表現一種叫做「 CD47 」的蛋白質。這個 CD47 分子,就像一張寫著「自己人,別吃我!」的免死金牌,它會跟巨噬細胞上的接收器─訊號調節蛋白α (Signal regulatory protein α,SIRPα) 結合。當巨噬細胞一看到這訊號,大腦就會自動判斷:「喔,這是正常細胞,跳過。」

結果會怎樣?巨噬細胞從頭到尾毫無動作,癌細胞就大搖大擺地走過警察面前,連罪犯「戴草帽」的通緝令都沒被發布,T 細胞自然也就毫無頭緒要出動!

這就是為什麼只阻斷 PD-L1 的藥物反應率有限。因為在許多案例中,癌細胞連進到「被追殺」的階段都沒有!

為了解決這個問題,科學家把目標轉向了這面「免死金牌」,開始開發能阻斷 CD47 的生物藥。但開發 CD47 藥物的這條路,可說是一波三折。

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不只精準殺敵,更不能誤傷友軍

研發抗癌新藥,就像打造一把神兵利器,太強、太弱都不行!

第一代 CD47 藥物,就是威力太強的例子。第一代藥物是強效的「單株抗體」,你可以想像是超強力膠帶,直接把癌細胞表面的「免死金牌」CD47 封死。同時,這個膠帶尾端還有一段蛋白質IgG-Fc,這段蛋白質可以和免疫細胞上的Fc受體結合。就像插上一面「快來吃我」的小旗子,吸引巨噬細胞前來吞噬。

問題來了!CD47 不只存在於癌細胞,全身上下的正常細胞,尤其是紅血球,也有 CD47 作為自我保護的訊號。結果,第一代藥物這種「見 CD47 就封」的策略,完全不分敵我,導致巨噬細胞連紅血球也一起攻擊,造成嚴重的貧血問題。

這問題影響可不小,導致一些備受矚目的藥物,例如美國製藥公司吉立亞醫藥(Gilead)的明星藥物 magrolimab,在2024年2月宣布停止開發。它原本是預期用來治療急性骨髓性白血病(AML)的單株抗體藥物。

太猛不行,那第二代藥物就改弱一點。科學家不再用強效抗體,而是改用「融合蛋白」,也就是巨噬細胞身上接收器 SIRPα 的一部分。它一樣會去佔住 CD47 的位置,但結合力比較弱,特別是跟紅血球的 CD47 結合力,只有 1% 左右,安全性明顯提升。

像是輝瑞在 2021 年就砸下 22.6 億美元,收購生技公司 Trillium Therapeutics 來開發這類藥物。Trillium 使用的是名為 TTI-621 和 TTI-622 的兩種融合蛋白,可以阻斷 CD47 的反應位置。但在輝瑞2025年4月29號公布最新的研發進度報告上,TTI-621 已經悄悄消失。已經進到二期研究的TTI-622,則是在6月29號,研究狀態被改為「已終止」。原因是「無法招募到計畫數量的受試者」。

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但第二代也有個弱點:為了安全,它對癌細胞 CD47 的結合力,也跟著變弱了,導致藥效不如預期。

於是,第三代藥物的目標誕生了:能不能打造一個只對癌細胞有超強結合力,但對紅血球幾乎沒反應的「完美武器」?

為了找出這種神兵利器,科學家們搬出了超炫的篩選工具:噬菌體(Phage),一種專門感染細菌的病毒。別緊張,不是要把病毒打進體內!而是把它當成一個龐大的「鑰匙資料庫」。

科學家可以透過基因改造,再加上AI的協助,就可以快速製造出數億、數十億種表面蛋白質結構都略有不同的噬菌體模型。然後,就開始配對流程:

  1. 先把這些長像各異的「鑰匙」全部拿去試開「紅血球」這把鎖,能打開的通通淘汰!
  2. 剩下的再去試開「癌細胞」的鎖,從中挑出結合最強、最精準的那一把「神鑰」!

接著,就是把這把「神鑰」的結構複製下來,大量生產。可能會從噬菌體上切下來,或是定序入選噬菌體的基因,找出最佳序列。再將這段序列,放入其他表達載體中,例如細菌或是哺乳動物細胞中來生產蛋白質。最後再接上一段能號召免疫系統來攻擊的「標籤蛋白 IgG-Fc」,就大功告成了!

目前這領域的領頭羊之一,是美國的 ALX Oncology,他們的產品 Evorpacept 已完成二期臨床試驗。但他們的標籤蛋白使用的是 IgG1,對巨噬細胞的吸引力較弱,需要搭配其他藥物聯合使用。

而另一個值得關注的,是總部在台北的漢康生技。他們利用噬菌體平台,從上億個可能性中,篩選出了理想的融合蛋白 HCB101。同時,他們選擇的標籤蛋白 IgG4,是巨噬細胞比較「感興趣」的類型,理論上能更有效地觸發吞噬作用。在臨床一期試驗中,就展現了單獨用藥也能讓腫瘤顯著縮小的效果以及高劑量對腫瘤產生腫瘤顯著部分縮小效果。因為它結合了前幾代藥物的優點,有人稱之為「第 3.5 代」藥物。

除此之外,還有漢康生技的FBDB平台技術,這項技術可以將多個融合蛋白「串」在一起。例如,把能攻擊 CD47、PD-L1、甚至能調整腫瘤微環境、活化巨噬細胞與T細胞的融合蛋白接在一起。讓這些武器達成 1+1+1 遠大於 3 的超倍攻擊效果,多管齊下攻擊腫瘤細胞。

結語

從撕掉「偽良民證」的 PD-L1 抑制劑,到破解「免死金牌」的 CD47 藥物,再到利用 AI 和噬菌體平台,設計出越來越精準的千里追魂香。 

對我們來說,最棒的好消息,莫過於這些免疫療法,從沒有停下改進的腳步。科學家們正一步步克服反應率不足、副作用等等的缺點。這些努力,都為癌症的「長期控制」甚至「治癒」,帶來了更多的希望。

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為什麼臺灣也需要替鯨豚設立海洋保護區?
黑潮海洋文教基金會_96
・2025/03/24 ・3220字 ・閱讀時間約 6 分鐘

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  •  楊善宇|黑潮海洋文教基金會 實習生 2024.07.26
圖一、海洋綠洲計畫調查航班柯氏喙鯨(Ziphius cavirostris)驚喜現身

隨著人類活動對海洋環境的負面影響日益增加,海洋生物生存的狀況令人擔憂。近年生物多樣性下降、大量珊瑚白化、漁具纏繞及船隻撞擊海洋生物等問題層出不窮,這些事件就像是海洋在向我們求救般,而人類要如何減緩我們對海洋的影響呢?

設立海洋保護區是目前國際間共同努力的方向之一。在眾多海洋保育行動中,劃設海洋保護區被認為是成效較為顯著的方式。可以透過劃設大範圍的海洋保護區降低人類活動對於海洋環境的干擾,從而保護海洋生物的棲息地和整體的生物多樣性¹。本篇文章將帶領讀者認識加拿大「Gully 海洋保護區」,Gully 一詞代表沖溝,這個保護區內居住著多達 16 種不同的鯨豚種類。此外,我們將同時探討其中值得臺灣借鑒的經驗與做法,希望此案例能為未來黑潮海洋綠洲計畫在申請「海洋哺乳動物重要棲息地」(Important Marine Mammal Areas)時,提供一些實質的參考。

加拿大位於大西洋地區的第一個海洋保護區——Gully 海洋保護區

圖二、黃框處為 Gully 海洋保護區地理位置(圖片來源:加拿大政府官網)

約在 15 萬至 45 萬年前,由於大量冰川移動與融水侵蝕,在加拿大東海岸斯科舍大陸棚(Scotian shelf)邊緣形成了一個大型海底峽谷——Gully,最深處的深度超過 2,500 公尺,也是北大西洋至今最大的海底峽谷。Gully 地區生物多樣性極為豐富,不但孕育了 30 種冷水珊瑚(Cold-water corals),目前也已累積了 16 種鯨豚的目擊紀錄,包含北瓶鼻鯨(Hyperoodon ampullatus)、藍鯨(Balaenoptera musculus)、索氏中喙鲸(Mesoplodon bidens)等種類。

其中,北瓶鼻鯨於 1997 年被加拿大瀕危野生動植物狀況委員會(Committee on the Status of Endangered Wildlife in Canada)列為易危物種(Vulnerable)。然而,當時 Gully 地區正面臨石油和天然氣開發工程,導致當地鯨豚長期受到船隻撞擊及工程噪音傷害,使牠們生存遭受嚴重威脅。因此,加拿大政府於西元 2004 年設立 Gully 海洋保護區,以保護瀕臨滅絕的北瓶鼻鯨及當地其他珍貴的海洋生物。

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保護區設立前如何評估該棲地重要性呢?

倘若要保護某區域的生物多樣性,保護整個棲地相較於保護單一物種,才是最直接的治本方法。但是,要如何知道劃設的區域是否已納入鯨豚們生存所需的棲息環境呢?我們可以透過海上目視調查及被動聲學監測²等方式,進一步了解鯨豚在該區域出現的位置、時間與頻率等資訊,藉此評估劃設的面積及界線該如何設立。

圖三、無法律效力的鯨豚保護區(斜線區域)及學者們建議的鯨豚保護區範圍(深灰色區域)比較(圖片來源:Hooker, S. K., 1999)

其實 Gully 保護區在設立之前,政府及學者們對當地鯨豚也做了初步的評估及研究。1994 年,加拿大漁業及海洋部在 Gully 設立了一個無法律效力的鯨魚保護區(Whale sanctuary),簡單來說就是先建立一個示範區測試成效,範圍是圖四中有畫斜線的區域。該單位向海上來往的船家宣導該區域在生態保育上的重要性,並提供了指導方針,教導船長們在穿越該地區時如何減少對鯨豚的威脅,希望盡可能降低船隻與北瓶鼻鯨撞擊的風險。與此同時,當地的學者們也積極地研究鯨豚在 Gully 的分布範圍與族群量。

研究學者透過 1988 至 1996 年間的鯨豚目擊資料,包括種類、數量及目擊經緯度,結合不同的環境因子,如海洋表面溫度、海底深度及坡度等環境資訊做分析,結果發現鯨豚出沒位置與深度有高度的關聯性。Gully 周遭的鯨豚大多棲息在海底峽谷 200 至 2,000 公尺深處,因此學者們建議政府應根據 200 公尺等深線建立一個核心區邊界,並在周遭設立緩衝區,以全面保護 Gully 地區的鯨豚免於受到石油開發和航運的影響。

加拿大政府如何管理 Gully 海洋保護區?

經過長期的調查後,加拿大終於在 2004 年正式成立 Gully 海洋保護區條例《The Gully MPA Regulations》,並在條例中公告了 Gully 海洋保護區邊界。除了法規內允許的特定活動³外,嚴格禁止在  Gully 保護區內「干擾、損害或摧毀任何生物或其棲息地的任何部分,或從中移除任何生物」,包括海床下15公尺深的底土,亦不允許傾倒、拋棄或排放任何物質的行為發生。

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圖四、Gully 海洋保護區管理範圍依照深度劃分三區(圖片來源:加拿大政府官網)

此外,加拿大政府也將保護區依照水深劃分成三個管理區,如圖五中的 Zone 1、Zone 2 及 Zone 3。每個管理區有其獨特的生態環境,在管理上的限制也有些微差異,在 Zone 1,也就是鯨豚棲息的核心海域內,是完全禁止漁撈行為的,而在 Zone 2 和  Zone 3 則可進行商業性垂釣,可釣大比目魚、鮪魚、鯊魚和劍旗魚。

成功劃設海洋保護區後,就結束了嗎?

不只保護區設立前需要長期的調查累積數據,設立後仍需持續監測保護區效力。加拿大學者在 Gully 保護區設立 7 年後調查了北瓶鼻鯨的族群動態,他們估計斯科舍大陸棚海域的北瓶鼻鯨約有 143 隻,且發現族群量和性別比自 1988 年起一直保持穩定的狀態,雖然族群量沒有明顯改變,但顯示了海洋保護區的設置確實讓牠們在沒有人為開發衝擊下,族群可以維持穩定。

圖五、索氏中喙鯨 (攝影: Catalina Gomez, 圖片來源:  加拿大政府官網)

除了主要保護標的物種外,Gully 地區其他鯨豚也有些微變化。學者觀察到 1988 至 2011 年間,部分鯨豚種類的單位努力量目擊群次下降而部分上升,其中的變化趨勢可能與環境或食物資源改變有關。但值得注意的是另外一種喙鯨「索氏中喙鯨」(Mesoplodon bidens)單位努力量目擊群次4在保護區設立後大幅增加(每年增長21%)。由於缺乏深海鯨豚物種食物量數據的支持,科學家認為較合理的推測是:保護區的存在讓人為干擾減少。船隻與其他噪音的降低,使Gully保護區成為對聲音敏感的喙鯨的棲地之一。儘管保護區的設立已改善喙鯨的棲息環境,但仍需持續進行長期監測,以確保保護區管理有效並及時調整以應對環境變化。

Gully 保護區曾目擊 16 種鯨豚,花蓮海域更高達 20 種!

圖七、1998-2023年花蓮海域鯨豚物種多樣性圖
圖六、1998-2023 年花蓮海域鯨豚物種多樣性圖

加拿大 Gully 保護區目前有 16 種鯨豚目擊紀錄,根據黑潮在過去 20 多年賞鯨航程所累積的鯨豚目擊資料統計,花蓮鯨豚種類更高達 20 種!物種多樣性更高!然而,我們發現花蓮常見的花紋海豚身上除了自然的傷疤外,有時也會出現人為因素所造成的傷疤,因此我們在 2023 年做了花紋海豚體表傷疤分析,結果顯示在 50 隻花紋海豚中有 19 隻(38%)身上有出現疑似人為活動所造成的傷疤。臺灣東部海域出沒的鯨豚種類繁多,若遲遲未能提供一片安全的海洋綠洲供他們成長、育幼,只怕未來的日子裡人們無法再跨坐在船頭,在享受海風的同時還能欣賞花蓮鯨豚的美。

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加拿大 Gully 保護區成立已滿 20 週年,可作為臺灣未來建立鯨豚保護區的借鏡。而黑潮也持續努力著,透過「海洋綠洲:東海岸鯨類保育計畫」,旨在將臺灣東部海域列為國際認可的海洋哺乳動物重要棲息地,希望未來在與政府相關機關溝通保育政策時,能有更完整的背景資料。

註解

  1. 生物多樣性是由基因、物種和生態系多樣性三者所構成,就像一個穩定而巧妙的金字塔。
  2. 被動聲學監測為一種使用錄音機記錄自然環境中各種聲音的技術。
  3. 法規內允許的特定活動如下:
    ● 在 Zone 2 和  Zone 3 得進行商業性垂釣,可釣大比目魚、鮪魚、鯊魚和劍旗魚。
    ● 船隻過境(須遵守加拿大航運法)。
    ● 搜索和救援、環境緊急應對和清理。
    ● 與國家安全、主權和公共安全相關的活動。
  4. 單位努力量目擊群次(Sightings per unit effort, SPUE)=目擊群次數 / 調查努力量。
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黑潮海洋文教基金會_96
5 篇文章 ・ 2 位粉絲
  黑潮海洋文教基金會,1998年於花蓮成立,是臺灣第一個為「鯨豚與海洋」發聲的民間非營利組織。最初以鯨豚調查為開端,多年來深耕於海洋議題、環境教育與科學調查,如同一股陸地上的黑潮洋流溫暖而堅定,期許每個臺灣人的心中都有一片海洋。

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深海發現大型礦場和「暗氧」!是能源危機的希望還是潘朵拉之盒?
PanSci_96
・2024/09/21 ・2334字 ・閱讀時間約 4 分鐘

深海的暗氧:無光環境中的神秘氧氣生成

深海,被譽為地球最後的未開發疆域,隱藏著許多不為人知的奧秘。數千公尺深的海底沉積了數量龐大的多金屬結核,這些礦物因含有大量珍貴金屬,對現代技術,尤其是能源轉型,至關重要。然而,科學家在探索這些結核的過程中意外地發現了一種神秘的現象:暗氧,即在無光的深海環境中生成氧氣的過程。這一發現不僅可能改變我們對海洋生態系統的理解,還可能重新定義地球早期生命起源的故事。

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長期以來,科學界普遍認為氧氣的生成依賴於光合作用。光合作用是植物、藻類及一些細菌透過陽光將水和二氧化碳轉化為有機物並釋放氧氣的過程。這一過程主要發生在地球表層和淺水區域,是維持大氣和海洋中氧氣含量的核心機制。根據這一觀點,只有在陽光能夠到達的區域,氧氣才能被生成。因此,對於深達數千公尺的深海區域,我們的認識是,氧氣主要來自於表層水透過洋流輸送到深處。

然而,深海中缺乏光源,光合作用無法進行,這意味著氧氣在深海中的供應受到限制。雖然洋流能夠在一定程度上將氧氣輸送到深海,但這一過程極其緩慢,往往需要數百年甚至上千年才能完成一次循環。因此,科學家一直認為深海是一個缺氧的環境。

多金屬結核的發現,是新能源的關鍵,還是海洋生態的災難?

在這樣的背景下,科學家對深海進行了更深入的探索,並發現了錳結核(英語:Manganese nodules),又被稱為多金屬結核這一珍貴資源。多金屬結核是富含金屬的岩石,其主要成分包括鈷、錳和鎳等金屬。這些結核廣泛分佈於全球深海區域,尤其是太平洋海域,儲量高達數兆噸。這些金屬對綠色能源技術,如電池生產,具有極高的價值,吸引了全球各國的關注。

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然而,這些結核不僅是地球資源的寶藏,它們還隱藏著另一個重要的發現。2013 年,科學家安德魯·斯威特曼(Andrew Sweetman)在太平洋克拉里昂-克里珀頓區域進行深海研究時,意外地發現,在封閉的深海水域中,氧氣濃度竟然有所增加。這一現象引發了科學界的極大關注。

科學家探索深海的多金屬結核時,意外發現「暗氧」的存在。 圖/envato

暗氧的生成機制

斯威特曼的研究團隊推測,深海中的多金屬結核可能在某些化學條件下,充當了天然電池。這些結核通過電化學反應將水分解為氧氣和氫氣,從而在無光的環境中產生了氧氣。為了驗證這一假設,團隊在實驗室中模擬了深海環境,並確實觀察到氧氣從結核生成的現象。

不過,這一過程並非如想像中簡單。根據實驗數據,某些海底結核表面的電壓僅為 0.95 伏特,卻能夠生成氧氣,這與理論上需要的 1.6 伏特電壓不符。研究團隊進一步推測,這可能與結核的成分有關,例如含鎳的錳氧化物可能起到了催化作用,降低了反應所需的能量。此外,結核表面的不規則排列及空隙可能也促進了電子轉移和水的分解。

暗氧的發現挑戰了我們對氧氣生成的傳統理解。過去我們認為,地球上的氧氣主要來自於光合作用,但這一現象表明,甚至在無光的深海環境中,氧氣也能通過無機物的電化學反應生成。這意味著,我們對於地球早期氧氣循環及生命演化的認識可能存在重大疏漏。

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尤其值得注意的是,多金屬結核的形成需要氧氣,而這些結核大量出現在深海中,是否表明早期地球上就已經存在非光合作用的氧氣生成機制?如果是這樣,暗氧是否可能推動了地球上生命的起源?這一問題仍然未有定論,但暗氧的發現無疑為生命起源的研究開闢了一條新的途徑。

未來的挑戰:開採深海資源還是守護地球最後的「淨土」?

除了科學研究的價值,多金屬結核也吸引了全球對於深海資源開採的興趣。這些結核富含稀有金屬,特別是對電池生產至關重要的鎳和鈷。然而,大規模的深海開採可能會對海洋生態系統造成嚴重破壞。

對於發現的深海資源,是要開採?還是選擇守護海洋生態? 圖/envato

首先,深海採礦可能導致噪音和光污染,破壞深海生物的棲息地。此外,採礦過程中產生的懸浮物可能對海洋生物,尤其是水母等生物造成生理負擔。研究顯示,水母在模擬的採礦環境中會因應對懸浮物而消耗大量能量,這可能削弱其免疫系統並降低生存率。

因此,雖然深海資源的開採看似能解決當前的能源危機,但國際間對此議題的爭議仍然持續。全球已有32個國家支持暫停或禁止深海採礦,呼籲進行更多的生態影響研究以確保環境保護。

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暗氧的發現,不僅為科學研究帶來新的挑戰,也為深海資源的開採提出了更高的要求。在能源危機與生態保護之間,我們需要尋找平衡點。未來的技術或許能夠在不破壞環境的情況下,模擬自然過程生成多金屬結核,從而實現可持續的資源開採。

此外,暗氧現象的發現也為探索外星生命提供了新的思路。當我們在其他行星上發現氧氣時,不一定意味著那裡存在光合作用生物,可能是類似多金屬結核的無機反應在默默進行。這一發現或許將改變我們對地外生命的定義與尋找方式。

深海的秘密仍在不斷被揭開。從暗氧的發現到多金屬結核的開採,這片未開發的疆域將在未來的科學探索與資源爭奪中扮演至關重要的角色。無論是能源危機的解決還是生態系統的保護,我們都應以謹慎且負責任的態度面對這一未知的領域,避免打開潘朵拉之盒。

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PanSci_96
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