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【Gene思書齋】種子的大勝利

Gene Ng_96
・2016/09/06 ・3413字 ・閱讀時間約 7 分鐘 ・SR值 467 ・五年級

索爾.漢森(Thor Hanson)是位優異的科普作家,他的《羽的奇蹟》Feathers: The Evolution of a Natural Miracle)把羽毛在鳥類和人類的功能談得非常風趣(請參見〈鳥羽之美:台灣版《羽的奇蹟》〉〈鳥羽之美:鳥為何有多彩多姿的羽毛?〉),但他不算是鳥類學家哦,他更專精的是植物生態學,他有植物學碩士學位,而唸博士時則有一部分是在研究雨林樹木的種子。可是他居然還沒寫本有關種子的書,直到他兒子牙牙學語時,把SEED(種子)發成了HEED(注意),才讓他重新思索了種子。

pexels-photo

索爾.漢森在《種子的勝利:穀類、堅果、果仁、豆類、核籽如何征服植物王國,形塑人類歷史》The Triumph of Seeds: How Grains, Nuts, Kernels, Pulses, and Pips Conquered the Plant Kingdom and Shaped Human History)的妙筆生花,讓我們認識到種子這玩意兒的發明,是多麼了不起的演化大創新,讓種子植物在陸地上開枝散葉地繁衍生息;形形色色的種子突破了五花八門的難關,不僅為世界增添了多彩多姿的趣味,也滋養和孕育了我們的身體及文明,不啻是整個生命界的大勝利!

雖然漢森的博士論文研究雨林樹木的種子,但種子的學問實在太博大精深了,所以他還是四處請教專家,還有弄了各種種子在他家後院做了實驗,他也參加了研討會,去見識一下遠古的森林,《種子的勝利》是他探索種子的自然史和文化史的遊記。

不管樹木有多巨大,全都是來自一顆顆小小的種子。《種子的勝利》並非要探討種子如何長成大樹,像逆流而上的魚一樣來勵志一下,《種子的勝利》要談的就是種子本身!漢森在《種子的勝利》探討了種子的五力——滋養力、統合力、耐受力、防衛力、移動力。雖然只是列舉了種子各種能力的冰山一角,但卻不斷在每一章中富含令人嘖嘖稱奇的故事。

   

無所不在的種子

原來種子的原力無所不在,我們文明的發展其實就是建立在各種各樣種子的利用上。種子,其實不是生來給人類食用的,它們是植物為了後代而準備的便當,目的無非是為了傳宗接代,在地球上生生不息。有些植物是用糖類如澱粉為主製作便當,可是有些卻用油脂,有些還有大量蛋白質,為何會有不同選擇,植物學家也還未完全瞭解。巧妙的是,這些帶著便當的嬰兒,能夠知道什麼時候是吃便當的最佳時機,有些便當甚至能夠永保千年不朽。為了不讓便當被動物輕易吃掉,各種各樣有趣的便當盒也演化而出,讓漢森為了打開其中一些,要抄傢伙大費周章。

要保護便當,種子不僅只能演化出堅硬的便當盒,也可能演化出各種化學防禦機制,讓吃下去的動物成為天然肥料,或者讓牠們生不如死。種子要面對的敵人當然還不止是動物,還有真菌和其他植物,事實上這世界真的沒有永遠的敵人,也沒有永遠的朋友,有些動物吃了果肉,反而幫助了種子傳播。有趣的是,有些防禦性化學物質,在低劑量時,反而能讓人愉悅,例如大量的香料,還有咖啡等等。

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種子決定了人類的文明。當初就是有人為了吃種子,把種子播到了田裡,經過好幾個月的照料和等待後,能夠收割種子然後週而復始,於是我們的祖先就定居了。我們以為人類馴化的作物,篩選出再肥美的種子去播種,還改良出了形形色色的品種。可是,其實有可能是那些穀物馴化了人類,讓原本是雜草的它們,在一望無際的農田中繁衍,人類還會為它們除去競爭對手和天敵。進入農耕,我們的祖先的食物種類反而變少了,營養也沒變好(請參見〈潘朵拉的種子之代價〉),反而是我們的社會太養尊處優了,乾旱或穀物短缺時期還造成了羅馬帝國的殞落到法國大革命。

我們人類雖然培育出了各種各樣的種子,可是我們反而食用愈來愈少品種的糧食。我在美國唸博士班時在老闆家轟趴,問老闆怎麼都從不作俄國菜,他回答說因為美國的麵粉和馬鈴薯和俄國完全不同,作不出俄國菜,我才驚覺原來連小麥都有品種之差XD。為了保存寶貴的遺傳資源,各國也興建了種子銀行,漢森參觀了美國農業部的種子銀行。全球最大的種子銀行是挪威的斯瓦爾巴全球種子庫(Svalbard International Seed Vault,Svalbard globale frøhvelv),關於種子銀行和種子的其他面向,可以參考《種子哪裡來?》An Orchard Invisible: A Natural History of Seeds)(請參見〈隱形果園中的種子哪裡來?〉)。

想當年,就是為了尋找肉豆蔻與胡椒這些種子,就促成了地理大發現,哥倫布到死都可能還沒搞清楚他發現了新大陸吧。雖然沒有發現他原本要抵達的亞洲,但從美洲帶回的種子,玉米、馬鈴薯、橡膠、辣椒、可可、菸草、花生、蕃茄、番石榴、木薯、木瓜、向日葵、番薯、四季豆、腰果、胡桃、香草(請參見〈改變世界歷史並扭轉近代文明的六種植物〉),卻深深改變了歐亞的文明,今天有人能想像沒有辣椒的印度菜、泰國菜、馬來菜、川菜湘菜和韓國菜嗎?

咖啡:提神的風味

不過哥倫布大交換也非單向的,帶到美洲的咖啡豆,也改變了中南美洲的農業經濟。咖啡在歐洲的流行,讓泡在咖啡館裡的歐洲人能點燃啟蒙革命。漢森現居的城市西雅圖,就是美國咖啡文化之都,著名的星巴克就是在那起家。漢森為了撰寫《種子的勝利》,到了一家稱作石板的咖啡廳去朝聖,試喝各種風味的咖啡;維也納則是歐洲最早流行喝咖啡的城市,上回到維也納時,也不免俗地去了中央咖啡館朝聖。中央咖啡館(Café Central)開業於 1860 年,在 19 世紀後期成為維也納知識階層重要的聚會地點。「我不在家,就在咖啡館,我不在咖啡館,就在前往咖啡館的路上」是詩人彼得‧艾頓柏格(Peter Altenberg,859–1919)的名句,其中的咖啡館就是指中央咖啡館。

中央咖啡館。

可可豆:戀愛的感覺

讓人提神又嗜飲的,還不只是咖啡的種子,還有可可的種子,不僅做成了飲料,也製作成了各種甜點,讓人每吃一口,都能讓腦袋發出愉悅的歡呼。可可樹每個果實中大約可得到 20-25 粒可可豆。可可豆可經加工處理,成為可可餅、可可粉、可可脂等重要食物原料,能夠製作各種巧克力,給人戀愛的感覺XD

棉花籽:南美的歷史傷痕

除了吃喝,棉花也改變了許多國家的命運。當年印度因棉布紡織業而富強,但也因為英國人的各項發明,讓一粒粒的棉花籽竟為工業革命揭開了序幕,結果成本大大比印度還低,打擊了印度經濟後,英國佔領印度成為日不落帝國的殖民地。種殖棉花,讓南方老美發了,但也讓許多非洲奴隸從此離家背景生活水深火熱。美國南北方的矛盾,也造成了上百萬生命的犧牲,還有難以抹滅的歷史傷痕。棉花種子為了隨風傳播而長出的棉絮,在工業革命後,改變了全球各地的服裝,不管是什麼文化背景。幾乎都穿起西式的服裝。

蓖麻籽:致死毒素

種子對人類不是只有滋養而已,1978 年 9 月 7 日,保加利亞異議人士喬治.馬可夫(Georgi Markov,1929-1978)在英國倫敦被人用雨傘刺了一下,由於雨傘尖端藏有包覆蓖麻毒的子彈,且其中含有約 0.45 毫克的毒素,因此使馬可夫中毒,並於三天後身亡。他的死因是在驗屍之後才為人所知,可能的兇手是保加利亞的秘密警察,而毒素可能來自 KGB 的支援。那是從蓖麻籽萃取出來的, 幾乎對所有的真核細胞都具有殺傷作用,能迅速致人於死。

最後《種子的勝利》以基改作物作結。基改作物在台灣引起許多環保團體的質疑,可是我們科學家在實驗室玩基改各種生物已經有超過卅年的歷史了,像是第一型糖尿病病人使用的胰島素,就是基改產品。可是為何基改種子才引起這麼大的爭議,我們可以接受天天滑智慧手機上網,天天吃著化工食品,卻無法接受種子裡有一兩個原本不屬於該物種的基因,是否是因為我們和種子有很深厚的文化連結?

無論你從前關注種子與否,《種子的勝利》能否讓你重新認識我們的世界,讓你讚嘆種子的種種奇妙!

本文原刊登於The Sky of Gene


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Gene Ng_96
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來自馬來西亞,畢業於台灣國立清華大學生命科學系學士暨碩士班,以及美國加州大學戴維斯分校(University of California at Davis)遺傳學博士班,從事果蠅演化遺傳學研究。曾於台灣中央研究院生物多樣性研究中心擔任博士後研究員,現任教於國立清華大學分子與細胞生物學研究所,從事鳥類的演化遺傳學、基因體學及演化發育生物學研究。過去曾長期擔任中文科學新聞網站「科景」(Sciscape.org)總編輯,現任台大科教中心CASE特約寫手Readmoo部落格【GENE思書軒】關鍵評論網專欄作家;個人部落格:The Sky of Gene;臉書粉絲頁:GENE思書齋


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我們的失眠和喜鵲的失眠有什麼地方不一樣?

胡中行_96
・2022/05/12 ・2031字 ・閱讀時間約 4 分鐘

輾轉反側,徹夜難眠的時候,您幾點起床?就算醒了,工作效率是否異常低落?
在此,請您非但別只想到自己,還要拿出一點同理心:因為被剝奪睡眠的澳洲喜鵲,也深受困擾。

徹夜難眠很可能會影響工作效率。圖/Pixabay

捉野生喜鵲來做失眠相關的實驗

2022 年 4 月的《科學報告》期刊,有一篇標題冗長的論文,叫做〈失眠削弱澳洲喜鵲的認知表現並改變其歌曲產出〉[1]。其第一作者澳洲 La Trobe 大學博士候選人 Robin Johnsson,認為歌唱的時辰與類型,對於喜鵲的社交生活相當重要,並以此做為研究主題[2]。且不論在 COVID-19 疫情之前,有些人就已經沒什麼社交生活,更不要談呼朋引伴一起歡唱 KTV,人家喜鵲可是隨時都過得多采多姿。

喜鵲齊聲合唱。影/Youtube

於是,牠們就被科學家抓去做實驗了。

首先,研究團隊架設陷阱,用起士誘捕野生喜鵲。為牠們戴上標有序號的腳環之後,再關進裝有監視器的房間裡。接著,為了測量腦電波圖(electroencephalogram, EEG)與肌肉電位圖(electromyogram, EMG),科學家把無辜的喜鵲抓來開刀。於其腦部表面和頸部肌肉,植入電極貼片(electrodes),方便之後記錄睡眠狀態[1]

然後,喜鵲們就去接受特訓。

反覆訓練後篩選符合資格的喜鵲來做失眠實驗

研究團隊準備了一種木製食器,左右各挖一個淺槽。其中一個槽裡,盛裝少量起士和麵包蟲。第一次食物直接攤在眼前,不加以掩飾;第二次猶抱琵琶半遮面;第三次開始蓋子完全擋住凹槽,令喜鵲啥也看不見。在訓練的初期,全部的食器都採用灰色蓋子。直到最後的「聯想學習」(associative learning),蓋子被換成黑色或白色。喜鵲掀開特定顏色的蓋子,發現下面藏有食物。這樣重複 15 次,讓牠們不把「食」、「色」的關係兜在一起也難[1]

認知測試的教具,澳洲喜鵲執行聯想或逆向學習任務。圖/參考資料 1

結訓後,研究團隊把食器裡的獎勵換成「不會動的麵包蟲冷盤」(chilled, unmoving mealworms),為喜鵲舉辦驗收成果的模擬考。除了執行「聯想學習」的覓食活動,科學家也期望牠們展現「反轉學習」(reversal learning)的能力。將蓋子的顏色調換,要喜鵲嘗試選出有食物的凹槽。這個階段有一些評分要點[1],例如:

  1. 喜鵲做出第一次選擇時,是否有延遲的行為。緩慢的反應,代表注意力不集中,或動機下降。
  2. 喜鵲得經過幾回,才能達到連續 12 次嘗試中,有 10 次正確的及格分數。
  3. 喜鵲選擇正確瓶蓋的比率。

凡是順利通過模擬考的喜鵲們,便能晉升至下一關。

在實驗的主要階段,喜鵲們被劃為三組,分別體驗下列三種睡眠模式之一:無干擾睡眠、6 小時睡眠剝奪,以及 12 小時睡眠剝奪。研究人員防止喜鵲睡著的花招,包括:迫近或拍打鳥舍、發出噪音,或是輕撫充滿睡意的喜鵲[1]。如同可憐的臺灣中學生,明明前晚都沒睡飽,隔天還得參加考試。研究人員存心要看失眠的喜鵲,怎麼失常。

人類跟喜鵲一樣會被睡眠影響行為

正式測驗的結果不出所料,沒睡飽的喜鵲容易犯錯,而且要花較長的時間,才能選出正確答案。有些喜鵲甚至失去參與測驗的動機,傾向找機會補眠。其實以前的研究便顯示,失眠也會降低人類的認知表現。諸如參與動機、清醒程度(alertness)、注意力、警戒等級(vigilance)等,都會受到負面影響[1]

除了喜鵲考試的成績,科學家也記錄了牠們社交行為的變化。失眠的喜鵲寧可睡覺,也不要唱歌。最後就算唱了,單曲的長度卻意外地延展。原本的晨曲改在中午演出,頻寬變得狹窄,內容相較貧乏,顫音也明顯減少。這與人類的口語溝通,大同小異。當一個人睡眠不足,說話的速度會緩慢下來,咬字不如平常清晰,語句重覆的機率提高,甚至可能妨礙聽眾理解講者所要傳達的訊息[1]

澳洲喜鵲有複雜的家族。牠們用歌聲來劃定疆域,分辨敵友,並建立「鳥」際關係。失眠不僅會害喜鵲把歌唱得七零八落,也會進一步危及其社交生活。既然以往的人類睡眠實驗結果,與喜鵲有那麼多的相似處,下次在抱怨疫情害自己沒朋友之前,我們是不是應該先睡飽,再來思考怎麼社交呢?

睡飽再來社交比較不會被睏意影響思考。圖/Pexels

備註:此實驗結束後,參與受試的澳洲喜鵲,均在 2019 年 7 月被野放。

參考資料:

  1. Sleep loss impairs cognitive performance and alters song output in Australian magpies (Scientific Reports, 2022)
  2. Researchers find what magpies lose from hitting snooze (Brisbane Times, 2022)


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胡中行_96
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曾任澳洲臨床試驗研究護理師,以及臺、澳劇場工作者。 西澳大學護理碩士、國立台北藝術大學戲劇學士(主修編劇)。臉書:荒誕遊牧。