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動物星球:那些被動物占據的島嶼—《知識大圖解》

知識大圖解_96
・2016/12/07 ・2978字 ・閱讀時間約 6 分鐘 ・SR值 503 ・六年級

人類常自以為主宰了世界,但如果地球被動物接管會發生什麼事呢?

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本圖出自《How It Works 知識大圖解 國際中文版》第 26 期(2016 年 11 月號),全見版請點擊圖片放大。

兔島

日本|大久野島

圖/By User: (WT-shared) NY066 at wts ウィキメディア・コモンズ, CC 表示-継承 3.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=22801443
圖/By User: (WT-shared) NY066 at wts ウィキメディア・コモンズ, CC 表示-継承 3.0, wikimedia commons.

被一群飢腸轆轆的兔子追著跑,聽起來像是詭異的夢境,不過造訪日本小島──大久野島──的旅客,確實有這般親身經歷。

這座島上住著好幾百隻兔子,牠們的祖先一開始究竟怎麼來到這裡,至今仍是個謎。目前最廣為接受的理論是:這些兔子的祖先,不是二戰期間從設置在島上的毒氣工廠實驗室裡逃脫,就是 1970 年代學童野放的寵物。

這些兔子在島上沒有天敵,加上惡名昭彰的繁殖率,使得族群數量直線攀升。成年母兔每月都能產下一窩幼兔;據估,一隻母兔及其子孫在三年內能產下約 5 萬隻後代。這數字看來雖驚人,但兔子是眾多掠食者的首選,近八成幼兔在離巢不久後便丟了性命。然而,少了掠食者與獵物間的平衡關係,大久野島兔滿為患。

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此外,這些兔子異常地大膽;但野兔通常性格膽怯,稍有風吹草動便立刻躲回地道。島上溫馴的兔子會追著遊客跑,目的只有一個:食物。島上兔子數量如此之多,自然植被很快就被消耗殆盡,而觀光客帶來的點心,就成了牠們額外的食物來源。

貓島

日本|青島|田代島|相島

日本青島是著名的貓島之一,據估計青島上的貓人比例是 6 : 1。圖/By 暇・カキコ - 投稿者自身による作品, CC 表示-継承 4.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=41106598
日本青島是著名的貓島之一,據估計青島上的貓人比例是 6 : 1。圖/By 暇・カキコ – 投稿者自身による作品, CC 表示-継承 4.0, wikimedia commons.

估計,日本青島的貓人比例是 6 : 1。起初,引入這些野貓是為了控制漁船上的老鼠數量。由於島上沒有天敵,而且只有少數野貓接受絕育手術,貓的數量便持續增加。

青島只是日本好幾個貓島的其中之一。田代島則是另一座貓島,一開始是為了保護島上的蠶絲業才引進這些貓。田代島上的蠶容易受到老鼠這類動物的殘害,因此用貓來嚇阻老鼠這一招極為有效。許多在地人和觀光客相信餵食和照顧貓能帶來好運,所以這些貓不愁沒得吃。

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相島則有「貓咪天堂」的稱號,島上貓滿為患。雖被稱為天堂,然而島上野貓的生活完全稱不上舒適愜意。科學家研究這些貓的行為,發現牠們領域性極強,且只能活三至五年,足足比家貓少了十年左右的壽命。

豬島

巴哈馬|大主礁島

巴哈馬的海邊可以看到豬在游泳。圖/By cdorobek - http://www.flickr.com/photos/cdorobek/7875533106/, CC BY 2.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=27393953
巴哈馬的海邊可以看到豬在游泳。圖/By cdorobek@flickr, CC BY 2.0, wikimedia commons.

遊客一踏上無人居住的巴哈馬大主礁島,便會見到一幅奇異的景象。約有 20 頭豬住在這片海灘上,牠們平日也愛在海灣附近游泳。有一說是這些豬的祖先可能被水手留在島上,水手原意返航時再宰殺豬隻來吃,但卻未再現身。另一說則是這些豬是附近失事船隻的倖存者。雖然周遭海水環伺,島上仍有幾處淡水泉供其飲水。近年來,這座島成了熱門觀光景點,遊客紛紛前來與這些豬寶貝們一同暢「游」。

潑猴作亂

印度|新德里

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上千隻野生獼猴在新德里的街道上遊蕩,每當牠們開始覓食,總會引發街道上的一陣混亂。這些獼猴會搗毀住家和辦公室、爬上大眾運輸工具,甚至入侵市議會。新德里信奉印度教的居民通常會餵食並保護這些獼猴,因為他們認為猴子是神聖的動物。此舉為當地引來更多猴子,這可能會帶來危險,畢竟猴子會咬人,而且許多猴子帶有狂犬病病毒。

德里的官員想出了聰明的新招數來嚇退這些猴子。他們找來一群人模仿令獼猴聞之喪膽的葉猴叫聲,對著這群搗蛋鬼發出嗚嗚怪聲,藉以將牠們驅離建築物。

紅蟹狂潮

澳洲|聖誕島

聖誕島的紅蟹。圖/By Ian Usher - Own work, CC BY-SA 3.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=27815891
聖誕島的紅蟹。圖/By Ian Usher – Own work, CC BY-SA 3.0, wikimedia commons

聖誕島中央的雨林裡,有超過 1 億 2000 萬隻紅蟹。一年中的大部分時間,這些紅蟹都不會離開自己的地道太遠,然而當濕季來臨時,就是紅蟹全面攻陷聖誕島的時刻。道路會因此關閉, 並在路上設置路障和橋梁讓紅蟹得以安全遷徙。

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為了繁殖,成年的紅蟹會從雨林移動至海岸邊。母蟹在海中產下的卵,會即刻孵化成蟹苗,小紅蟹得在海中發育一個月的時間,成熟後才會離開海水。經過四年左右的生長期後,牠們也會加入這場大遷徙,回到雨林中的老家。

殺手鼠

南大西洋|果夫島

英屬領地果夫島位於南大西洋中央,介於阿根廷與南非之間,現已列入世界遺產。果夫島面積相當於曼哈頓,是全世界最重要的海鳥棲地之一。這裡的海鳥數量近 1000 萬隻, 種類超過 20 種,包括信天翁、企鵝、海燕都以這裡為家。只可惜,19 世紀時島上引進小鼠,由於島上沒有天敵,小鼠的族群以及體型全都失控地增長。

目前島上約有 200 萬隻小鼠,體型比一般小鼠大了 50%。這些體型超大的齧齒類動物現正引起鳥類族群間的混亂。研究顯示,早已瀕臨絕種的大西洋海燕尤其容易受到影響。根據估計,每一年都有近 80% 的海燕雛鳥會被這些超大型小鼠吃掉。

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放養雞

夏威夷|考艾島

夏威夷考艾島上的雞。圖/Ron Cogswell@flickr
夏威夷考艾島上的雞。圖/Ron Cogswell@flickr

夏威夷考艾島上已四處可見野生的公雞與母雞。這些野生雞群棲息於島上各種不同類型的棲地,從汽車停車場到海灘都可見到牠們的蹤跡。

據信牠們的祖先是因為颶風摧毀雞舍,才得以逃出。儘管夏威夷到處都是野雞,但考艾島上的雞群數量獨占鰲頭。這很可能是因為在考艾島上,以雞和雞蛋為食的獴類從未在野外活動所致。

掠食者與獵物之間的動態關係

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本圖出自《How It Works 知識大圖解 國際中文版》第 26 期(2016 年 11 月號),全見版請點擊圖片放大。

生態系中的每種生物彼此息息相關,食物鏈受到任何擾動都會衝擊到牽涉其中的物種。掠食者獵物之間相互依賴的關係就是一例,這上圖說明了這種脆弱的平衡關係是何等重要。

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就掠食者與獵物間的關係而言,被研究得最為透徹的案例之一,莫過於加拿大山貓和牠最愛的獵物──雪鞋野兔。每十年左右,雪鞋野兔族群就會經歷一次明顯的消長循環。族群達到最高峰時,每平方公里的雪鞋野兔可達 1500 隻,此族群密度已超出環境的負荷量。食物短缺的野兔開始挨餓,體力變得虛弱,掠食者因此能輕鬆地獵捕牠們。短期內,山貓的食物變多,因此存活率提高,數量開始增加。

最後,隨著野兔的數量越來越少,山貓只能勉強找尋其他獵物來維持生活所需的能量,導致其數量也逐漸減少。此時,存活下來的野兔因植被重新生長、面臨較少的食物競爭,再加上山貓數量變少,也降低了被捕食的威脅,於是野兔族群數量又開始快速增長,重啟新的循環。


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本文節錄自《How It Works 知識大圖解 國際中文版》第 26 期(2016 年 11 月號)

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知識大圖解_96
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人類真的在食物鏈頂層嗎?
椀濘_96
・2022/02/21 ・2537字 ・閱讀時間約 5 分鐘

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神秘動物學家芭芭拉成為攻擊性強、移動速度快的頂級掠食者—豹女。 圖/IMDb

筆者在觀看電影《神力女超人 1984》時,對於神秘動物學家芭芭拉一角印象深刻,劇中她因私心向許願石許願成為「頂級掠食者」,於是變成了攻擊性強、移動速度快的大反派豹女,然而許願的後果使她漸漸失去人性,變得貪婪狂暴。

自古以來,人類在食物鏈上的位置會隨著演化、行為模式、民俗文化而有所不同,也出現了為滿足口腹之慾而將非牲畜類動物變成餐桌佳餚的現象,如:取食鯊魚鰭的魚翅、將熊掌做為補品等。人類征服了這些大型動物,是否也意味著,現代人類處在食物鏈的最頂端,成為真正的「頂級掠食者」了呢?

生物在食物鏈上的等級是怎麼訂定的?

在討論人類是否是頂級掠食者前,我們先來了解什麼是營養級。

營養級(trophic level)為各生物在食物鏈上的位置,通常以 1~5 等級進行評分。利用陽光獲取能量的植物和其他初級生產者處於第一營養級,隨後的計算則是以該動物所吃的物種其營養級加一:草食性動物處於第二級(吃第一級:1+1),三(2+1)級動物只吃二級草食性動物,四(3+1)級則吃第三級的肉食性動物。以此類推,一條食物鏈通常最多達五級。

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若從多個營養級獲取食物的物種,則是以所吃食物的營養級取平均作為依據。以雜食性動物為例:若該生物吃 50% 的植物(第一營養級)和 50% 的草食性動物(第二營養級),則此生物為 2.5 級。

美國乞沙比克灣水鳥的食物網,其內每個物種各自都有被定義的營養級。圖/維基百科

而「頂級掠食者」(apex predator)在生態學上的定義為「此生物在生活範圍內的食物鏈中,不存在對其做出掠食行為、更高營養級的其他物種」,如上圖中的老鷹。

其實人類沒有想像中的高等級!?

2013 年,法國海洋開發研究院(IFREMER)海洋生態學家 Sylvain Bonhommeau 的研究團隊在《美國國家科學院院刊》(PNAS)發表了一篇論文,確認人類在食物鏈上的營養級(human trophic level; HTL)。他們利用聯合國糧食及農業組織(Food and Agriculture Organization of the United Nations; FAO)統計世界各地人類食物消費的數據,為所吃的每種食物分配了一個營養級。研究結果顯示,人類每天有平均 80% 的卡路里來自植物,20% 來自魚肉類。這邊我們可以用漢堡來理解,內容物除了肉片、蛋、起司外,其餘的食材皆為植物,或是以植物為原料,如麵包體就是從小麥而來的

圖/Pixabay

這份論文的數據計算出人類處於 2.21 的平均營養級——介於鯷魚和豬之間。不過人類的營養級在世界各地不盡相同,例如在蒲隆地共和國(位於非洲東部的小型內陸國家),植物佔當地飲食的 96.7%,使得該國人民的營養級為 2.04,但在冰島,飲食中約 50% 為肉類,使得該國人民的營養級高達 2.57。

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看來是時候越級打怪了!

大型貓科動物、老鷹和虎鯨有一個共同點:他們都是頂級掠食者!牠們是標準的肉食性動物,食物來源幾乎完全由肉類組成,這些動物沒有天敵——除了人類以外。

那麼,如果我們是頂級掠食者的掠食者,這是否意味著人類處於食物鏈頂端呢?

答案取決於如何定義「掠食者」,也就是說,是為了進食而殺戮,還是僅殺死其他動物。

無論是非掠食性的大型草食性動物(如象、犀牛等攻擊性極強的物種),或是具致命性的有毒物種,均能殺死其他動物,但牠們在食物鏈上仍有天敵,且無法捕食大型獵物,因此在定義上無法納入頂級掠食者。

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在生態學或生物環境相關的研究中,人類在食物鏈中的位置並非基於我們殺死了什麼,或是被什麼生物吃掉。相反地,Bonhommeau 指出「這完全取決於你吃什麼。」

若根據這個定義,人類是否處於食物鏈頂端呢?答案是否定的,因為我們不會吃掉所有被我們殺死的生物。

在多數情況下,我們不是為了吃野生動物而殺死它們,例如獅子數量下降的主要原因是棲息地喪失,以及人類不希望獅子威脅到自身或所飼養的牲畜而發生衝突。亦有研究指出,漁民會將 10% 至 20% 的總漁獲量作為混獲(意外捕獲到原本不打算捕撈的魚種)丟棄,而這些無意中捕獲的動物大多面臨受傷或死亡。

史前人類的等級竟然比現代人類還高?

另外,在探討人類的食物鏈位置時,也需考量「人類」是指史前人類還是現代人類。

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從歷史上來看,我們吃的東西和殺的東西,之間差異可能較小。2021 年,有研究團隊整合人類生理學、遺傳學、考古學和古生物學,重建了更新世(260 萬至 1.17 萬年前,也就是人類出現的時期)人類祖先的營養級。這份研究發表在《美國自然人類學雜誌》(American Journal of Physical Anthropology)。

研究顯示當時的人類很可能是頂級掠食者。直到 1.2 萬年前,最後一個冰河時代結束前,人類在這 200 萬年的時間裡主要是吃肉的,證據有兩項:一是古代人類遺骸中的氮同位素(與飲食以植物為主的人相比)比例較高,而氮同位素比例往往會隨著以肉類為主的飲食而增加;另一項證據則是人類與肉食性動物的生理相似性(與草食性動物相比)來得更高。

然而,一些變化可能導致人類食物鏈下降,該團隊認為主要的變化是大型動物的消失。大約在同一時期,人類開始發展出能夠食用更多植物的技術,例如學會磨製用於加工穀物的石器等。

不強求最高等,或許才是最好的

即使我們曾經可能是肉食性頂級掠食者,並不意味著現代人類也應該登上食物鏈頂端。隨著時代演替,人類在食物選擇上更加多元,但我們不該為滿足口腹之慾而肆意殺戮,破壞生態系統的平衡。每種生物的存在(包括屬於 2 級的我們,以及真正的頂級掠食者)都是維持生態系統中各物種數量的平衡和食物鏈穩定的重要貢獻者。

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圖/GIPHY

參考資料

  1. Are humans at the top of the food chain?
  2. Eating up the world’s food web and the human trophic level
  3. The evolution of the human trophic level during the Pleistocene
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椀濘_96
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「菲利浦島蜈蚣」成幼鳥殺手!——在澳洲孤島上默默擔當頂級掠食者
藍羊_96
・2021/09/22 ・2038字 ・閱讀時間約 4 分鐘

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冒險電影中,場景時常在偏遠不為人知的荒山野嶺,甚至住著猛獸的遙遠孤島,有著顛覆常識的生態環境和駭人怪物。然而根據新發表在《美國博物學家》的一篇論文,在現實中就有一個島嶼,由蜈蚣擔當島上食物鏈的最頂端掠食者。

此菲利浦島,非彼菲利浦島

地點位在澳洲的菲利浦島(Phillip Island)——說到這個島嶼,可能會聯想到島上每年吸引上百萬觀光客的小藍企鵝棲地,以及世界摩托車競速的主要賽場之一。

故事並非發生在這個澳洲南岸的菲利浦島,而是在距離澳洲本土東方 1500 公里遠,過去做為囚犯流放地的諾福克群島。那裡有另一個面積僅 2.07 平方公里,無人居住的菲利浦島。兩個島正巧都以 18 世紀後半的英國海軍上將亞瑟‧菲利浦(Arthur Phillip)為名,但地理位置相距甚遠。

屬於諾福克群島一部分的菲利普島(Phillip Island)。圖/維基百科

無人定居的菲利浦島兇猛島民

菲利浦島有 13 種海鳥會產卵繁殖,還有一些小型動物在此生活。其中最引人側目的居民是菲利浦島蜈蚣Cormocephalus coynei),這種蜈蚣最長可達 23.5 公分,雖然比起現生蜈蚣中最大的 30 公分等級還差一些,仍遠勝長約 10 公分的常見蜈蚣。

研究團隊調查紀錄菲利浦島蜈蚣在夜間的捕食行為,並以穩定同位素分析蜈蚣的食物來源比例,發現這種蜈蚣的食物來源,48% 來自脊椎動物,52% 來自無脊椎動物,各占約一半比例。

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菲利浦島蜈蚣最主要的食物是島上居住的蟋蟀、壁虎、石龍子,這些動物都小於體長超過 20 公分的大蜈蚣,算是合理的菜單。然而菲利浦島蜈蚣還有另外一個獨門佳餚,就是島上繁殖海鳥的幼雛。

菲利浦島蜈蚣(Cormocephalus coynei)。圖/ iNaturalist

菲利浦島蜈蚣的嘴下亡鸌

菲利浦島上最主要的築巢海鳥是黑翅圓尾鸌Pterodroma nigripennis),2017 年的紀錄約有 19000 對。黑翅圓尾鸌的成鳥體長約 30 公分,顯然蜈蚣面對牠們無法輕易取勝,因此脆弱的雛鳥就成為蜈蚣的下嘴目標。

菲利浦島蜈蚣會咬住黑翅圓尾鸌雛鳥的後頸並注入毒素,等雛鳥死亡後再啃食牠的頭頸部。而在兩年的調查期間,紀錄的雛鳥各有 19.6% 及 11.1% 被蜈蚣捕食。結合前面一年約有 19000 對黑翅圓尾鸌在此繁殖的紀錄來看,估計每年被蜈蚣吃掉的幼鳥在 2109~3724 隻之間。

其他在菲利浦島上繁殖的海鳥,活動期間可能跟蜈蚣活躍的夏季錯開,或是數量較少,黑翅圓尾鸌可能是菲利浦島蜈蚣最主要的獵捕鳥類。相較於脊椎動物吃節肢動物的紀錄,節肢動物大部分是清除死亡的脊椎動物屍體,像這樣反過來鳥類被節肢動物主動獵捕的紀錄非常罕見。

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黑翅圓尾鸌的雛鳥慘遭蜈蚣獵捕。圖/參考文獻 1

咦,蜈蚣怎麼吃到海裡的魚?

根據穩定同位素分析,菲利浦島蜈蚣的飲食中有 7.9% 是鳥類,然而魚類卻有 9.6%。住在陸地上的蜈蚣要怎麼吃到海裡的魚呢?這是另一個值得注目的問題。

據推測海鳥帶回巢中,供應給雛鳥食用的魚屍,應該是蜈蚣能吃到魚的主要來源。也就是海鳥不僅本身是蜈蚣的獵物,牠們為了育雛的投食被蜈蚣吃掉後,也帶動了海洋和陸地間的營養循環。

過去在諾福克群島流放囚犯時期,由人類引入的山羊、豬和兔子等大型動物對島上的環境造成破壞,也讓當地獨有的生態體系遭受嚴重威脅。這些外來物種在 20 世紀期間逐一從島上移除,受破壞的環境現正緩慢復原。

雖然菲利浦島蜈蚣離最大的蜈蚣還有點距離,在牠所住的環境卻已經足以佔地為王。現已滅絕的諾福克卡卡鸚鵡(Nestor productus)體型比菲利浦島蜈蚣大,但以果實為主食,顯然不會威脅到蜈蚣作為掠食者的地位。

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大英博物館內諾福克卡卡鸚鵡標本的畫。圖/維基百科

在島嶼生物地理學中,孤立海島上動物體型改變是一個重要的研究議題。在大陸上的大型動物,移居海島後因島嶼資源限制、天敵缺乏等因素,會縮小體型,稱之為島嶼侏儒化(Island Dwarfism);然而小型的動物卻會反過來巨大化,甚至取代原本大型動物所處的生態棲位,此現象即為島嶼巨型化(Island Gigantism)。

島嶼巨型化的案例如紐西蘭的奇異鳥、馬達加斯加島已滅絕的象鳥,以及在許多島嶼上各自獨立產生的巨大化齧齒動物;台灣在墾丁和部分離島分布的椰子蟹也是一個案例,不僅是保育類的甲殼動物,更是最大型的陸生寄居蟹。地處偏遠的菲利浦島,正是島嶼特殊生態系的一個案例,也是蜈蚣稱霸的極端案例。

參考文獻

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真菌與線蟲的傳說對決,非模式物種開拓者——薛雁冰
研之有物│中央研究院_96
・2020/12/16 ・3452字 ・閱讀時間約 7 分鐘 ・SR值 549 ・八年級

  • 執行編輯|林婷嫻、黃曉君;美術編輯|張語辰、林洵安

本文轉載自中央研究院研之有物,泛科學為宣傳推廣執行單位。

獵食者和獵物的對決,是生態系中非常普遍的重要現象。中研院分子生物研究所助研究員薛雁冰,與團隊觀察真菌如何獵捕線蟲,從野外採集、實驗室驗證、建立更好的模式菌株,到自行研發分析軟體,原創性的研究成果頻頻登上美國國家科學院院刊 (PNAS) 等國際期刊,跟著研之有物一起來了解。

中研院分子生物研究所的薛雁冰助研究員,手上拿著線蟲娃娃,身旁一盒盒培養皿住著線蟲捕捉菌(一種真菌)。攝影/張語辰

上篇〈看真菌如何獵殺線蟲,開啟寄生蟲治療藥物新曙光!〉文章介紹,薛雁冰團隊發現微觀世界的狩獵現場:線蟲捕捉菌設陷阱、杏鮑菇下毒捕食線蟲,這些殺蟲機制將對生物防治帶來全新的可能。但更寶貴的是,在薛雁冰開始研究這個課題時,科學家對於食蟲真菌和線蟲互動的這些分子機制,所知甚少,她可說是開路先鋒。

「科學家估計地球上的真菌約有五百萬種,但目前研究者真正了解的,只有酵母菌、麵包黴及一些病原菌等十多種真菌。但自然界還有一些非常有趣的真菌,幾乎沒有分子層次的研究。」薛雁冰感性地回憶:「非常感謝我在加州理工學院博士後研究的指導教授 Paul Sternberg 願意支持我的想法,讓我在他的實驗室中嘗試開啟一個新領域,利用模式線蟲 C. elegans 來探討食蟲真菌跟線蟲之間的獵食者-獵物的交互作用,分子機制和共同演化。」回到台灣,在中研院建立自己的實驗室之後,薛雁冰繼續帶領著團隊,拓展食蟲真菌的研究,一步步拼湊出食蟲真菌獵殺線蟲的分子機制。

但要當個開路先鋒可不容易,從找到有價值的原創性主題、建立更好的模式生物,甚至打造分析工具,每往前一步皆須面臨更大的未知。但也因原創性的貢獻,研究成果頻頻登上如《美國國家科學院院刊》 (PNAS) 等國際期刊。一起走進薛雁冰團隊的研究現場!

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野外採集,驗證實驗非空想

薛雁冰團隊發現線蟲捕捉菌 A.oligospora 會透過五個步驟捕食 C.elegans 線蟲:吸引獵物 → 發現獵物 → 設下陷阱 → 抓住獵物 → 飽餐一頓。

BUT!在大自然中,線蟲和線蟲捕捉菌真的會碰在一起,並如在實驗室般「打得火熱」嗎?於是薛雁冰團隊穿梭在臺灣山野間進行採集,結果發現,臺灣三分之二的土壤均有線蟲捕捉菌,而線蟲又是數量最多的動物,兩者果真常常「同在一起」。

為了研究線蟲和線蟲捕捉菌在自然界的互動關係,薛雁冰團隊必須到臺灣山野間採集,從泥土中分離出各式各樣的線蟲和真菌,並整理在大自然中哪些線蟲會和哪些線蟲捕捉菌生長在一起。資料來源/薛雁冰;圖片重製/林洵安
資料來源/薛雁冰;圖片重製/林洵安

他們也從泥土中分離出各種線蟲和真菌,整理在大自然中哪些線蟲和哪些線蟲捕捉菌生長在一起,在實驗室測試牠們的互動,比方說:某種線蟲捕捉菌是不是什麼線蟲都吃?還是只吃幾種線蟲?結果發現,線蟲捕捉菌「不挑吃」,什麼線蟲都吃,狩獵關係果真「普遍存在」所有的線蟲與線蟲捕捉菌之間。

發現超強菌種,建立研究好素材

研究過程中,薛雁冰也發現從菌種中心獲得的線蟲捕捉菌標準菌株「有點弱弱的」,不利於研究。怎麼辦?自己建立新模型!他們從野外採集的線蟲捕捉菌中,找到一些狩獵能力較強菌株。這些菌株可以產生很多捕捉構造,而且長出捕捉構造的速度比較快,因此殺死線蟲的速度也快!這些超強菌株可以成為絕佳的模式菌株,讓科學家們更容易研究線蟲捕捉菌如何長出捕捉構造,捕捉獵物需要哪些基因。

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薛雁冰也以基因體定序加上基因體剔除法,破解超強菌株的狩獵力秘密:G 蛋白!在線蟲捕捉菌身上,G 蛋白負責對細胞傳遞外界的訊號,薛雁冰發現:這個蛋白會去傳遞外界有線蟲出沒的訊號,促使細胞長出捕捉構造。如果沒有這個蛋白,線蟲捕捉菌就無法發育出捕捉構造,只能讓「到嘴的肥蟲」逃走囉~

戰鬥防禦力分析工具

線蟲和真菌的實驗樣本要耐心尋找,分析它們戰鬥防禦力的工具也要費心開發。如果你曾經把麵包放到發霉,有天驀然回首,你會發現麵包長出一塊一塊的黴菌菌絲,很難精準描述其生長速度、生長範圍、菌絲長度。實驗室裡的線蟲捕捉菌(真菌)也是類似的情況。

在薛雁冰實驗室中,博士後研究員 Guillermo Vidal-Diez 透過電腦影像視覺分析的技術,自行發展出可以「定量」描述真菌生長的工具,如下圖所示:

這個電腦視覺技術可用來比較野生型的真菌、和突變型的真菌,兩者菌株生長情況有何不同。進一步搭配基因體定序技術,有助於找出菌株表現型 (phenotype) 的差異,和其基因型 (genotype) 之間的關聯性。

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咳咳,說白話,例如:當我們發現某株真菌怪怪的,菌絲分岔特別多,那麼我們可以比較怪怪的真菌和正常的真菌,兩者基因哪裡不同,就能找出是哪個基因專門在控制菌絲生長的分岔程度。

「我們除了觀察線蟲和線蟲捕捉菌,在顯微鏡底下如何展開獵物和獵食者的對決,也好奇它們之間的交互作用,如何影響著它們各自基因及性狀的改變,以提升各自存活下來的機會。」這項研究工具將可望加速真菌相關研究的進展!

隨著科學技術的快速發展,現在做研究比以前快上許多。例如,以前要花上數年才能找出突變線蟲的基因變異所在,現在只要一兩個月,就能藉由遺傳學的分析、加上全基因體定序,快速找出是哪些基因發生變異,造成這個突變線蟲的性狀改變(例如外型、神經系統的發育,或是行為發生改變),因此能躲過線蟲捕捉菌的吸引和陷阱,逃過被捕食的命運。

「這些快速發展的技術和工具,提供我們一個很好的時代,再次利用『遺傳學的強大力量』(the awesome power of genetics) 來研究生物學上重要的問題,」薛雁冰說:「這些工具讓我有勇氣去探索『非模式物種』(non-model organisms) 的奧秘,開拓新領域來建立起我們的原創性研究課題。」

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延伸閱讀

本文轉載自中央研究院研之有物,原文為《開拓新領域的勇氣!破解真菌與線蟲傳說對決的薛雁冰》,泛科學為宣傳推廣執行單位

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研之有物│中央研究院_96
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研之有物,取諧音自「言之有物」,出處為《周易·家人》:「君子以言有物而行有恆」。探索具體研究案例、直擊研究員生活,成為串聯您與中研院的橋梁,通往博大精深的知識世界。 網頁:研之有物 臉書:研之有物@Facebook