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狗可分品種,蚯蚓可以嗎?——太平二號與牠們的產地(六)

YTLai_96
・2017/01/20 ・3174字 ・閱讀時間約 6 分鐘 ・SR值 492 ・五年級

前一篇文章提到了蚯蚓會不會雜交這個常見的問題,或許很多人還是不服氣。畢竟,「太平二號是由日本花蚯蚓和美國紅蚯蚓雜交而成的品種」這說法在網路上到處都是,看久了也就好像有這麼一回事。

另外,我在上篇文末提到「蚯蚓目前並沒有任何品種喔,那些宣稱的品種恐怕都像太平 X 號一樣是個誤會或商業噱頭」,可能也有些人實在不服氣,覺得自家的蚯蚓好棒棒跟別人的明明就不一樣,怎麼可能沒有品種的差別。

沒關係,我們就來簡短的聊聊蚯蚓的品種這回事。

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你說的品種是什麼意思?

在談蚯蚓的品種之前,其實需要先釐清「品種」的意思。一般人口中的品種指稱的概念並不精確,有時候是指例如人、黑猩猩、大猩猩、老虎、獅子這樣的物種(species)層級,而且這樣把物種稱為品種的用法在中國的網頁上似乎頗為常見,有時又是指柯基犬、柴犬、德國狼犬、月月哈士奇、波斯貓、美國短毛貓這樣的品種(breed)層級。

如果大家口中說的品種是前者(也就是物種),那麼蚯蚓當然有很多不同的物種,目前全世界已經超過 5,000 種蚯蚓,台灣也已經超過 100 種蚯蚓。不過呢,既然這裡的品種是在講「物種」,那我建議就直接稱呼為「物種」或「種」就好,讓品種歸品種、苓膏龜苓膏,省得常常要後續釐清自己在說的品種到底是什麼意思。

狗的品種差異。圖/By Mary Bloom, American Kennel Club - http://journals.plos.org/plosbiology/article?id=10.1371/journal.pbio.1000310, CC BY-SA 4.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=51751579
狗的品種差異。圖/By Mary Bloom, American Kennel Club, CC BY-SA 4.0, wikimedia commons.

蚯蚓的品種該怎樣?

好的,如果真的是在問蚯蚓的品種(breed),那麼答案其實很簡單,那就是「蚯蚓沒有品種」。至少就我所知,目前為止,沒有一個真正的、穩定的蚯蚓品種存在。

根據英文維基百科上的品種定義(因為中文維基沒寫),品種必須要有穩定而且一致的表型、行為、以及/或者其他特徵,讓牠和同種其他個體可以區別(A breed is a specific group of domestic animals having homogeneous appearance (phenotype), homogeneous behavior, and/or other characteristics that distinguish it from other organisms of the same species.)。這當然也符合我們對於品種的概念,就好像柴犬就是長這個樣,個性上行為上都有其獨特之處,這些特徵都是我們可以輕易區別,也是穩定又可以遺傳的。

當我們把這個品種的定義放到蚯蚓上,第一個問題就是一般大眾乃至於諸多古今中外的蚯蚓養殖業者,對蚯蚓的特徵其實並沒有足夠的了解,不知道什麼特徵是在一種蚯蚓間會有相當變化或穩定不變,甚至連不同種的蚯蚓間有什麼特徵上的差異也搞不清楚(不然怎麼會在太平二號裡面混了三種不同科的蚯蚓也沒發現呢)。因此,在這樣薄弱的基礎上,要宣稱什麼自己培育/雜交出不同的品種,其實是非常不可信的。

常見的狀況是宣稱培育出不同的品種,但卻也說不出自己這個品種的蚯蚓跟別人的蚯蚓有什麼明顯的差別,或者所說的是一些本來就非常有變化的差異,例如吃得比較快啊比較好動啊比較大隻啊比較紅或黑啊等等,甚至根本只是個不同種混養造成的狀況而已(當年的太平二號很可能就是這樣),那這樣又怎麼能稱得上品種呢?

(點擊看大圖)三種「太平二號」的差異。資料/作者提供
三種「太平二號」的差異。資料/作者提供

再者,若是看看培育蚯蚓品種的方式,其實也可以想像為什麼沒有蚯蚓品種這回事。真的要培育品種,理應挑選特定表型的個體出來繁殖或純化,例如短腿狗配短腿狗越配越短,最後就成了科基這樣。無論什麼動物,在培育的目標特徵穩定下來並且有明顯差別之前,絕對是個漫長又繁瑣的過程,在蚯蚓品種培育上也該是如此。但是偏偏蚯蚓經常一養就成千上萬條,宣稱培育出蚯蚓品種的人恐怕都沒有真的有找出特定表型的個體來繁殖或純化,而只是「感覺起來這一群有點不一樣」就說是個品種,畢竟這樣講起來比較好聽威猛又神奇,商業上也比較有噱頭。到頭來,這些所謂的品種很可能都只是因為提供的環境或食物有些差別,或甚至根本是不同種的蚯蚓,讓整群的蚯蚓有些不同的表現罷了。

更何況,在網路之海放眼望去,同樣都是蚯蚓養殖資訊分享,英文的蚯蚓網頁資料裡從未出現任何蚯蚓品種的說詞,現在的日文網頁資料也罕有提及「太平二號」或任何的品種說詞,只有中文的網頁資料還在不斷宣稱自己的蚯蚓是太平二號、大平三號、北星二號、OX N 號等等各式各樣的品種。試想,如果真的有培育出蚯蚓品種的可能,照理說蚯蚓品種應該在各種語言的網頁資料中都遍地開花才對,沒道理只有華人世界鶴立雞群超英趕美獨霸蚯蚓品種培育的能力。因此合理的推斷,我們的蚯蚓品種一說應該是大有問題的。

而且,前一篇文章我們也已經說過了,不同種的蚯蚓要雜交應該是幾乎是不可能,就算赤子愛勝蚓和安卓愛勝蚓這麼相近的兩種,雜交了也是只生得出空包彈的卵繭孵不出後代,那些說靠著不同種雜交培育出品種的也就沒什麼好提了。

那蚯蚓的近親交配呢?

蚯蚓會不會有近親交配,則是另一個常出現的問題。問問題的人可能沒注意到的是,這個問題其實跟蚯蚓的品種有些關聯。畢竟,品種培育的過程中,很多時候就是不斷的在近親交配,才能強化那些想要保留的特徵。

如果蚯蚓真的有好好培育品種,為了保留或強化好不容易出現的某個特徵,用同一窩的兄弟姊妹繼續交配大概是免不了的事,這時候要來苦惱近親交配可能還比較實在一點。但是坊間的蚯蚓一養多半是以斤為單位,歐洲紅蚯蚓一斤大概就有兩千隻以上的數量,這樣的數量若是要發生近親交配,恐怕機會也是微乎其微了。

如果我說的你都不相信的話…

沒關係,那我們就來看看這個 2006 年發表的研究,再來想想品種和近親交配的問題。

在這個研究中,研究人員在西班牙北部的維戈(Vigo)和中部的馬德里(Madrid)各取了一群安卓愛勝蚓(也就是台灣養殖的歐洲紅蚯蚓),他們先是把維戈的未成熟個體單獨養到成熟,再讓牠們兩兩交配,形成了五個維戈蚯蚓家族。

接下來實驗的重頭戲,就是把每一個維戈蚯蚓家族裡面的子代蚯蚓隨機分成三群,分別是跟自己手足交配的近親交配群、跟別的維戈蚯蚓家族子代交配的青梅竹馬群、最後是跟馬德里來的蚯蚓交配的兩地通婚群,並且在這些子代蚯蚓交配後的 15 周內,計算牠們產卵繭的數量。

歐洲紅蚯蚓的卵繭,顏色越深紅越接近孵化時刻
歐洲紅蚯蚓的卵繭。圖/作者提供

結果發現,青梅竹馬群的蚯蚓所產的卵繭最多,兩地通婚群的蚯蚓所產的卵繭則少了一點(跟青梅竹馬群的產卵繭數相比少了 19%),近親交配群的蚯蚓所產的卵繭則最少(跟青梅竹馬群的產卵繭數相比少了30%)。而維戈跟馬德里分隔 500 公里,兩群的安卓愛勝蚓都是自然族群,應該至少上百年幾乎沒有任何交流。因此在品種上,這樣的結果其實暗示了不同群的蚯蚓分隔久了,在遺傳上或生理適應上是真的會出現些許的差異,讓兩群個體通婚後的繁殖率下降。但即使如此,研究中也絲毫不曾提到「品種」這個詞,只是謹慎的使用了「族群」這個稱呼。對比起來,大談品種的養殖蚯蚓產業也許就輕率了點。

另外,從研究結果看來,真的要問近親交配會不會造成影響,答案的確是會但是是在跟兄弟姊妹交配的極端狀況下才會有影響,而且影響的是繁殖率,而不是其他活動力或食慾或行為等的表現。相對的,跟遠在天邊的另一族群配對,也會對繁殖率有影響。

所以到頭來最好的作法,其實就是確保養殖的蚯蚓數量夠大,讓蚯蚓能夠有夠多的潛在對象可以交配,也許偶爾混合翻攪,讓蚯蚓可以有機會遇到同群但不同家族的個體來交配,這樣照理說就不至於有什麼近親交配的擔憂才是。

參考資料


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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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