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居家蟑螂剋星:蜚蠊瘦蜂—《都市昆蟲記》

天下文化_96
・2016/08/23 ・2041字 ・閱讀時間約 4 分鐘 ・SR值 478 ・五年級

或許你曾在家裡見過一種長約一公分、體型如蒼蠅般的黑色小飛蟲;父母、兄弟姐妹中也許總有人認得,卻不一定叫得出名字。這種生物生著一對藍色具光澤的眼睛、纖細的「腰部」,以及總是擺動著的扁扁腹部。由於牠的後足較長,且外表黑色,乍看又像是一隻蟋蟀。當牠出現在你面前,往往時而飛行,時而於地面爬行。

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蜚蠊瘦蜂(Evania appendigaster)的頭部特寫。圖/天下文化提供

假若哪天在家裡發現了,可先別急著拿蒼蠅拍、電蚊拍,打算把這小蟲「除之而後快」。因為牠可是蟑螂的天敵呢!牠是產於溫帶、亞熱帶地區,名為「蜚蠊瘦蜂」的卵寄生蜂。蜚蠊瘦蜂在分類上為膜翅目瘦蜂科。由於瘦蜂的腹部時常連續擺動,因此瘦蜂又有「旗蜂」、「旗腹蜂」之稱。

小強怕怕

蜚蠊瘦蜂與蟑螂之間有何關係,暫且先從蜚蠊也就是俗稱的蟑螂談起。蜚蠊是昆蟲綱蜚蠊目昆蟲的通稱,這類昆蟲通常具有扁平的身軀、布滿刺的足、細長的絲狀觸角,頭部大部分面積為前胸背板所蓋住,很容易讓人一眼認出。野外的蜚蠊通常以有機質為食,然而居家場所中的蜚蠊,喜出入髒亂環境、啃食食物殘渣,因而常會造成廚具、食物等物品的污染,促成病原菌、寄生蟲的散布。牠們停留過的地方,又常留下分泌物的異味,以及黑色的排泄物,這些現象不僅讓人覺得不舒服,蜚蠊的分泌物和排泄物也被認為是造成過敏、引起氣喘的成因之一,有很多因接觸蜚蠊而造成皮膚炎的案例。基於以上的種種理由,蟑螂帶給人們骯髒的刻板印象,令人聞之色變。

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美洲蜚蠊(Periplaneta americana)在室內或戶外垃圾堆都有機會見到,是蜚蠊瘦蜂的寄主之一。這種蜚蠊的前胸背板底色為橙色,中央具有褐色斑塊。圖/天下文化提供。

雖然人類不樂見其在家中定居,但蟑螂終究是社區中常見的生物。而這蜚蠊瘦蜂就是一種以蟑螂卵鞘為寄生對象的卵寄生蜂,亦即,牠們會寄生蟑螂卵,減少蟑螂的數量。由於蜚蠊瘦蜂成蟲能靠著嗅覺搜尋蟑螂新產下的卵鞘,所以便伴隨著常在人類的家中出現。已知蜚蠊瘦蜂的寄主有澳洲蜚蠊、美洲蜚蠊、棕色蜚蠊、家屋斑蠊等。

蜚蠊瘦蜂的剋蟑過程

當蜚蠊瘦蜂成蟲鎖定了目標蟑螂的卵鞘,即伸出產卵管刺入,將自己的卵產於其中。蟑螂的卵鞘對蜚蠊瘦蜂而言有如「育嬰室」,不僅供應其幼蟲階段發育所需之養分,也是其生長的場所。蜚蠊瘦蜂幼蟲孵化後,便寄生其中,一面以蟑螂卵粒為食、一面發育著,直到長至蟲體大小佔滿整個卵鞘,隨後並在其中化蛹。

蟑螂卵鞘又稱卵囊,是一群卵粒的集合。雖然其卵鞘裡面含有數十粒卵(例如美洲蜚蠊的卵鞘內含約 16 粒卵,澳洲蜚蠊卵鞘含有約 20 餘粒卵),每個蟑螂卵鞘僅能讓一隻蜚蠊瘦蜂發育,因此蜚蠊瘦蜂一般每次僅產一粒卵。換句話說,一隻幼蟲的寄生,至少可以摧毀十幾隻即將誕生的蟑螂

羽化以後,成蟲便突破卵鞘離去,進行交尾、產卵,傳遞下一個世代。蜚蠊瘦蜂成蟲以花蜜為食,行自由生活,喜愛訪花。除了居家環境,其實在平地至低海拔山區也可見其蹤影。

初羽化的蜚蠊瘦蜂雌蟲便能進行產卵,無論交尾與否;雌蟲所產下的卵中,未受精卵將孵化為雄性,受精卵則產生雌性後代;因此未經交尾的雌成蟲將只產下雄性後代,交尾完成者則能分別產下雌與雄的個體。雄蟲可行多次交尾,但雌蟲一生僅交尾一次。

請蜂來殺蟑?

既然蜚蠊瘦蜂這種蜂能夠消滅蟑螂卵鞘,那麼世界上有沒有會直接攻擊蟑螂成蟲的蜂類呢?有的,在熱帶地區有某些長背泥蜂科的種類,該科的蜂身形酷似螞蟻,也是蟑螂的天敵。特別的是,這些蜂專門獵捕蟑螂的成蟲或若蟲,將之拖入巢中,做為其後代的食物。部分種類於台灣低海拔山區亦可發現,但遠不如蜚蠊瘦蜂那般常見了。

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蜚蠊瘦蜂的外觀。圖/天下文化提供。

看來,昆蟲中常見的蟑螂天敵,還是蜚蠊瘦蜂當之無愧。蜚蠊瘦蜂不僅能夠適應人類的生活圈,又是蟑螂殺手,能抑制其繁殖。既然如此,有沒有可能考慮請一些專業人員在市區裡大量飼養,然後分送給家家戶戶,造福縣市鄉里?

這個想法可能行不通。當成群貌似蒼蠅的小蟲在屋裡飛動,你我的家人恐怕不會有什麼正面反應,甚至會感到恐懼吧?而且過不了多久,還會留下一堆蟲屍、殘骸。相較之下,想要防除蟑螂,維持室內整潔、定期清理垃圾,這樣的做法更是容易可行。乾淨的環境自然能減少蟑螂滋生,也讓蟑螂沒有地方躲藏,應該才是防除蟑螂最簡單有效的方式!


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大多數生活於都會環境的人們,可能除了蝴蝶、甲蟲等明星昆蟲物種之外,往往對許多生活於周遭的常見昆蟲視而不見。《自然老師沒教的事6:都市昆蟲記》是第一本以台灣都會環境為出發點的昆蟲專書,專門介紹都會居住環境中的常見或特殊昆蟲,這些出現在都市裡、居所旁,我們身邊隨處可見的昆蟲鄰居,就是本書最重要的主角。

本書獲得 2016 年第 40 屆金鼎獎兒童及少年圖書獎。


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天下文化_96
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天下文化成立於1982年。一直堅持「傳播進步觀念,豐富閱讀世界」,已出版超過2,500種書籍,涵括財經企管、心理勵志、社會人文、科學文化、文學人生、健康生活、親子教養等領域。每一本書都帶給讀者知識、啟發、創意、以及實用的多重收穫,也持續引領台灣社會與國際重要管理潮流同步接軌。


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就是想知道十萬個植物的為什麼!解開植物生長之謎的駭客兼翻譯——蔡宜芳專訪

鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2022/04/06 ・3848字 ・閱讀時間約 8 分鐘

本文由 台灣萊雅L’Oréal Taiwan 為慶祝「台灣傑出女科學家獎」15周年而規劃,泛科學企劃執行。

2018 年「台灣傑出女科學家獎」傑出獎第十一屆傑出獎得主

  • 中研院分子生物研究所特聘研究員蔡宜芳,畢業自台灣大學植物系,在美國卡內基美隆大學(Carnegie Mellon University, CMU)取得博士,後於加州大學聖地牙哥分校(University of California, San Diego, UCSD)進行博士後研究,研究專長為植物分子生物學。主要從事細胞膜蛋白的功能研究,在硝酸鹽轉運蛋白研究領域有卓越貢獻。2021 年蔡宜芳特聘研究員榮獲美國國家科學院(National Academy of Sciences, NAS)外籍院士(international members)。

如果妳撿到蔡宜芳掉的手機,可能很難立即知道失主是誰,甚至有點摸不著頭緒:因為她手機裡超過 80% 的照片,都是植物。為何會選擇植物作為研究領域?身為中研院分子生物研究所特聘研究員,在植物分子生物學領域貢獻卓著的她卻說,這個決定其實「不太科學」,因為起心動念是自己「真的很喜歡植物」。

因為喜歡所以好奇,因為好奇而想要知道更多:許多 love story 都是這樣開始的,而研究領域的開展又何嘗不是一場超浪漫故事呢?也因為一般人都不夠認識植物,聽不懂植物的細語呢喃,更需要蔡宜芳這般熱愛植物的科學家,擔任植物駭客兼翻譯,讓不辨菽麥者也能偷聽花開的聲音。

故事,從一株異變的阿拉伯芥開始說起。

植物對於氮肥的攝取機制與調控方法正是蔡宜芳的研究主題。圖/劉志恒攝影

分子生物學突破:發現植物吸收硝酸鹽的關鍵蛋白 CHL1

上世紀 50 年代起的「綠色革命」,大幅提升了糧食生產量,餵飽了激增的地球人口,「氮肥」在其中功不可沒。它對植物開花結果至關重要,然而植物透過什麼機制攝取氮肥?如何調控才能更有效地吸收?蔡宜芳研究的正是其中的分子機制。

氮,是生物存活的重要元素;從推動光合作用的葉綠素、各種代謝反應的酵素,到與遺傳相關的核酸中,都有氮的存在。但對植物來說,要取得氮元素卻出乎意料地困難;大氣的組成中近五分之四為氮氣,但是除了藉由少數有固氮能力的微生物以外,植物只能使用在土壤中非常少量的氮源,吸收的型態有「氨鹽」與「硝酸鹽」,其中又以硝酸鹽為主。

但是,硝酸鹽是帶電離子,無法自行通過脂質構成的細胞膜,那到底植物如何利用硝酸鹽呢?為了解開這個長年來的謎題,蔡宜芳將目光投向一棵無法正常吸收硝酸鹽的阿拉伯芥突變株,並利用當時最新發展出來的分子生物技術,試圖找到出關鍵基因。蔡宜芳表示,這個無法正常吸收硝酸鹽的突變株,在她約 10 歲時就被荷蘭研究者發現,這麼多年來在傳統技術底下被研究得相當透徹;卻直到她開始進行博士後研究,伴隨植物分子生物相關技術發展,才有方法找到關鍵的轉運蛋白。

這樣的研究自然充滿了挑戰,因為新技術還不穩固,就連實驗室老闆都曾勸她放棄。不願投降的她,決定一邊持續研究氮代謝,一邊到其他研究室學細胞膜研究的新技術,1994 年,蔡宜芳從美國回到台灣,持續研究進一步發現, 位在植物細胞膜上的 CHL1 硝酸鹽轉運蛋白,除了作為硝酸鹽的「搬運工」,還有其他異想不到的功能。在你我的印象當中,植物是被動的吸收養分:但其實當土壤中的的硝酸鹽變化時,植物會主動改變硝酸鹽的運作模式,這就是蔡宜芳團隊在 2003 年的重大發現。運作模式的改變正來自於 CHL1 蛋白的磷酸化轉換,因此 CHL1 蛋白也具備作為「傳令兵」的功能。透過 CHL1,植物便能感應周圍的硝酸鹽濃度,幫助植物調控基因表現,以便能更有效率地利用硝酸鹽。

掌握硝酸鹽吸收的調控,在農業領域十分有發展潛力,蔡宜芳的研究進一步轉向,對接實際應用,期盼為農業的永續未來提供新解方。除了 CHL1硝酸鹽轉運蛋白的機制外,她也針對阿拉伯芥如何吸收與輸送硝酸鹽到不同組織的分子機制展開探索。近期更研究探討是否能以育種或基因調控的方式,增進植物吸收硝酸鹽的效率。由於硝酸鹽非常容易在環境中流失,因此多數的氮肥施放到田間後,植物也往往吸收不了;如果可以改善植物的吸收效率,就能減少施肥的浪費,連帶減少製造氮肥耗用的能源,也讓農作物長得更好。

好消息是,透過基因調控,蔡宜芳團隊已經在阿拉伯芥、菸草及水稻上實驗成功,並取得相關專利,期待未來將授權給生物科技公司進行下一步。

培養科學研究必備品:好奇心、科學思辯與毅力

蔡宜芳從事研究的初衷是因為對植物的喜愛與好奇心,對她來說和植物有關的十萬個為什麼,猶如始終永遠拼不完的大型拼圖,從小時候就在蔡宜芳的心中佔據了重要位子,於是她「追根究柢」(如字面上意義),想靠自己解開植物現象背後的秘密。

人們對自己不了解又無法回嘴的植物充滿了誤解,往往覺得植物跟動物一點也不同,然而在蔡宜芳看來絕非如此,她表示,已經有研究發現,當我們這些動物咬下蔬菜的瞬間,植物裡頭負責傳導的的鈣離子就會產生變化。「大家都覺得植物不會動不會叫,但其實植物是有感知的。」蔡宜芳表示,植物其實都知道,只是用我們不懂的方式在表達,要靠研究才能一句一句地破解植物的密語。

圖/劉志恒攝影

當然研究也不能自己埋頭苦幹,交流非常重要。蔡宜芳擔任植物學期刊 《Plant Physiology》 編輯多年,但回憶起剛建立獨立實驗室的階段,面對那麼多來自審稿人的刁鑽問題,當時的自己也難免生氣。一旦轉換身份成為審稿人,被審的經驗也讓她更明白審查論文時該注意的重點,一來一往的思辨與答辯,反而讓她覺得很好玩。

「我自己有個突破,是因為被質疑的時候很生氣,可是不能光氣,也要想辦法解決。就在生氣的時候,想出來的方法,最後變成我們實驗室很新的工具。」而她也認為自己在替《Nature》等重要期刊審稿時,認真地給出言之有物的評論,幫她累積了領域內的信譽,才讓期刊編輯的位置找到了她。

蔡宜芳曾擔任植物學期刊《Plant Physiology》編輯。圖/《Plant Physiology》網頁截圖

像投稿審稿這般來回思辨的訓練,對科學家的養成非常重要,然而蔡宜芳觀察,科學思辨在台灣教育裡比較缺乏。她舉例,在美國課堂上,老師會要學生先讀一篇論文,接下來整堂課則要學生批評論文有什麼問題。「我們在台灣被訓練的人,都會把 paper 當作傳世經書在讀,讀懂它就覺得很開心了——要去批評它,我們真的沒有習慣。」蔡宜芳坦言那過程對她來說曾經非常痛苦,但會痛就代表該變。

她就此改變了思路:面對知識,蔡宜芳要求自己不僅要讀懂,還要有餘力批評它,說出對、錯在哪裡。蔡宜芳認為,科學就是得永遠抱持著質疑的態度,在不疑處有疑,才能找到真正的答案。「在我自己的實驗室裡面,我也一直在逼學生要去思考」。

蔡宜芳在實驗室中,會不斷要求學生思考、批判。圖/劉志恒攝影

而除了好奇心及思辨能力之外,蔡宜芳認為「毅力」也是科學家在科學界持續前進的重要特質。經驗告訴她,在科學研究中遇見失敗比遇見成功的次數多太多了,革命十次稀鬆平常,如何二十次甚至三十次之後還能繼續往前走?那絕對需要強大的毅力來抗壓才行。

說到壓力,身為科學界的女性,蔡宜芳認為,自己的成長環境中,性別造成的影響並不大,以她所在的中研院分生所為例,研究人員性別比例很平均。但若深入細究,「無意識偏見」(unconscious bias)仍難以避免。她以自己帶過的學生為例,生科領域在大學時期男女比例大約是各半,但隨著碩士、博士一路往上,男性的比例逐漸多於女性。因為許多女學生在面臨職涯選擇的時候,往往會被迫以家庭或是男性伴侶的事業為優先,這種狀況回過頭來又讓部分老師覺得「教育女生有時會是浪費」,成為惡性循環。

榮獲過許多科學成就獎項的她,時常是唯一獲獎的女性,而就在接受採訪不久前,她又獲頒一個獎項,直到頒獎當天的照片寄回到所上,「一片黑西裝裡面,就我穿黃色!」她笑道。所上第五屆台灣女科學家傑出獎得主鍾邦柱老師看到照片時,也對她苦笑說:「哎,革命尚未成功,同志仍需努力。」

「先不要去想會有這個東西,做該做的事情。真正不平的時候,不要安靜不講。」儘管環境仍待改變,蔡宜芳建議女科學人自己先跨出一步,就如同她自己一路走來的態度。

一株莫名異變的阿拉伯芥,遇上一位不放棄的科學家兼植物迷,造就了改變農業、甚至是整體生態未來的契機。如果妳的手機也跟蔡宜芳一樣,裝的幾乎全是自己感興趣、想研究的東西的照片,請別質疑自己是不是怪怪的,或許妳也將靠著研究,改變世界,這是我能想到最浪漫的事了。

台灣傑出女科學家獎邁入第 15 年,台灣萊雅鼓勵女性追求科學夢想,讓科學領域能兩性均衡參與和貢獻。想成為科學家嗎?妳絕對可以!傑出學姊們在這裡跟妳說:YES!:https://towis.loreal.com.tw/Video.php

本文由 台灣萊雅L’Oréal Taiwan 為慶祝「台灣傑出女科學家獎」15周年而規劃,泛科學企劃執行。


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