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不起眼的紅頭魩仔,多重身分堪比怪盜基德?

eeft_96
・2017/08/24 ・2263字 ・閱讀時間約 4 分鐘 ・SR值 481 ・五年級

文/李政霖(本文撰寫由人禾環境倫理發展基金會及肯夢 AVEDA 支持合作)

「紅頭魩仔」來自清澈自然溪流的出海口,甚至可能源自數丈高的瀑布之上。圖/By 楊維晟、李政霖

多數人都吃過「魩仔魚」,但你吃過「紅頭魩仔」沙西米嗎?吃下這種高檔的仔稚魚料理時,除了吃掉一般魩仔魚三至四倍的價格,也吃掉了許多謎團!因為,牠們並不同於一般由漁船撈捕的「魩仔魚」,而是來自清澈自然溪流的出海口,甚至可能源自數丈高的瀑布之上……這究竟是怎麼回事?

神秘小魚一號:月亮的金孫,美味盤中飧

有一種沙西米料理,外觀就像沒煮過的魩仔魚,因為身體透明可看見鰓部內臟而被稱作「紅頭魩仔」,但是價格貴了三倍,來自東台灣。每年四月,沿海居民會用三角網,在溪流出海口附近,持網逐浪撈取「紅頭魩仔」,在勒嘎‧舒米新作《巴克力藍的夏天》中有很唯美的一幕。

臨海原住民自古就有使用魚簍撈捕牠們的傳統,原住民語名為「烏佬」,也就是「月亮的孫子」,不知道是不是滿月大潮之時,撈捕的狀況會特別之好?聽說男人吃了,不只頭好,還會壯壯……。

沿海居民會用三角網,在溪流出海口附近撈取「紅頭魩仔」。圖/張才(1951)。[三角網網魚]。《數位典藏與數位學習聯合目錄》。照片提供者:張姈姈

神秘小魚二號:逆流而上、發憤圖強

夏天到了,去溪邊玩玩吧。咦?溪床上流水不穩定的大石頭上怎麼黏著幾尾小魚?是誰這樣惡作劇虐待野生動物,把魚抓來黏在石上?仔細一看,原來這些魚胸部長著吸盤樣的鰭,牠們是用這雙鰭,把自己吸在石頭上的。這類胸部長吸盤的魚,通稱鰕虎。

為什麼魚要黏在大石頭上呢?

黏在石頭上的鰕虎。圖/By 黃瀚嶢

神秘小魚三號:會從海裡爬上瀑布的「鯊魚」?

東台灣某個濱海的瀑布,水從數十公尺的高度奔流入海。在這樣陡峭的瀑布頂上,竟然還棲息著一種魚,成魚約莫 10~20 公分,名曰「日本禿頭鯊」。

魚類達人看著不斷墜落數丈海崖之下的溪水說:「牠們是從海裡上來的。」讓人忍不住想摸摸達人的額頭,確定一下他有沒有沒發燒。不只如此,達人還說:

「在日本,這禿頭鯊成魚是高級炸物料理,一尾可要數千日幣……。」

日本瓢鰭鰕虎。圖/By 賴擁憲

以上說的三種魚,其實都是同一種。牠是日本瓢鰭鰕虎,也俗稱日本禿頭鯊,東台灣溪流裡最常見的一種洄游性鰕虎,也是專屬於清澈溪流環境的最重要指標生物。

少年出家的和尚魚,不只茹素還修行?

話說這日本禿頭鯊的故事,還需從海裡說起……

「紅頭魩仔」的記憶,源自在海裡漂流著的某一天,嚐到海裡浮游微生物的那一刻開始。牠們漂流了將近半年,每天被來自海底、海上的掠食者吃掉大半,身體總算一點一滴地長到了一寸長度。身體的改變,讓牠們對淡水愈來愈敏感,在那個「天時水利魚和」的日子,終於抵達溪口,往溪裡游去……。

運氣不好的,被漁民撈去做了「紅頭魩仔」沙西米;走運的,抵達了下游溪床,透明的身體開始浮現欖灰與黑褐色交錯的漂亮橫斑,鰭也亮出了鮮紅色。 牠的背鰭如鯊魚般呈現三角尖形,又擁有水平的巨大胸鰭,所以被稱作「禿頭鯊」。

原本是大口狂吞浮游生物的小魚苗,此時雖名為「鯊」,卻突然「遁入空門」茹起素來,用開口朝下的大嘴,哇啦哇啦又吸又含地啃起溪底石上的藻類,做起了「和尚魚」,你看牠圓圓的禿頭上,有時還浮現出戒疤般的斑點呢!

日本瓢鰭鰕虎。圖/By 周銘泰

除了茹素啃藻,牠們還「修行」。一邊成長,一邊逆著溪水,不斷上溯,尋找夢中的「淨土」。遇到障礙,牠們就跳上去,用合抱的吸盤狀腹鰭吸住石壁,等待多一點的水流,繼續往上衝,過了一關,再溯一關,沒有什麼能阻擋牠們!

如果找到自己中意的伊甸園,修成以後,洗盡鉛華,年少時期艷麗的鰭與身上的斑紋都慢慢褪去,牠們會在隱密的石縫裡產下卵、排下精,下一代於是誕生,任務完成。剛剛孵化的魚苗沒有完整的運動構造,只能任憑湍急的溪水一路沖流,就這樣,入了大海,繼續漂流,啟動下一世代的循環……

多變的日本瓢鰭鰕虎,牠的一生有多精彩?

日本瓢鰭鰕虎(日本禿頭鯊)生活史。點擊可看大圖。圖/By 李政霖

海漂而來,溯溪而上,成長繁衍,順流而下——周而復始,在不同階段不同姿態之下與濱海居民、饕客、戲水遊客、生態觀察者相遇,而產生多種不同的身分,這就是紅頭魩仔、烏老、日本瓢鰭鰕虎、和尚魚、日本禿頭鯊的生命史。

觀察野生日本禿頭鯊很簡單,你只需要……

  1. 確認你身在台灣北海岸或東部、恆春半島任何一條水質清澈的小溪中或下游。
  2. 把腳踩進布滿大小石礫、石塊的冰涼溪水裡。
  3. 看到水下四散流竄,又隨即消失在就近石堆中的黑影,幾乎大半都是日本禿頭鯊。如果看到很多這樣的魚,請在心裡感恩,這條小溪還「活著」!
  4. 用防水相機或水窺箱突破水面的視覺障礙,在禿頭鯊分布密集的地方靜靜等待,牠們就會慢慢現身,繼續哇啦哇啦的啃食石頭上的藻類,甚至為了爭地盤上演全武行。
  5. 注意一下成體和幼體在外觀的比例、花色上的差異。
  6. 在河道落差大的地點,或許可以觀察到他們以吸盤輔助,黏在石壁上進行一個上溯卡關的動作。如果因此受到啟發,未來應該可以成為大人物 XD

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eeft_96
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人禾環境倫理發展基金會成立於2007年,以「推動體制內環境教育的落實」、「推動環境學習中心的建構」和「擴大社會對永續環境議題的關注和參與」為願景,持續致力於各式環境學習中心場域之教育推廣與經營管理工作,運用各種媒介平台,向大眾推廣大自然服務及水資源等主題的重要性,並持續累積發展不同主題之環境教育教材供教育單位使用。


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霍亂也有自己的免疫系統?想要入侵人體,卻不想被感染!

寒波_96
・2022/05/19 ・3396字 ・閱讀時間約 7 分鐘

由霍亂弧菌(Vibrio cholerae)引發的霍亂,是常見的人類傳染病。有意思的是,霍亂弧菌這般能入侵生物體的細菌,本身也會被病毒等異形入侵,有免疫的需求。

引起霍亂的霍亂弧菌。圖 / Wikimedia

在最近發表的論文中,霍亂向我們展現了以前未知的免疫手法,不但能抵抗病毒,還能對付「質體」。霍亂究竟如何避免成為宿主的命運?質體又是什麼呢?[參考資料 1, 2]

細菌 vs 質體 vs 病毒大亂鬥:細菌也不想被寄生

細菌和人類一樣,都是用染色體上的 DNA 承載遺傳訊息。不過除了染色體以外,細菌也常常配備額外的「質體(plasmid)」,它們是 DNA 圍成的圈圈,獨立於細菌的染色體之外,具有自己的遺傳訊息,會自己複製。

細菌的遺傳物質,除了自己的染色體外,時常還額外攜帶數量不一的質體。圖/Bacterial DNA – the role of plasmids 

質體如果單方面依賴細菌供養、當個快樂的寄生蟲,那麼對細菌來說,質體就是個占空間的東西,只會耗費宿主的資源,對細菌是最差的狀況。但是,質體上也有基因,如果那些基因具備抗藥性等作用,那質體便對細菌有利。換句話說,質體和細菌的關係並不一定,有可能是有利、有害,或是沒有利也沒有害,視狀況而定。

細菌有時候具備攻擊質體的能力,例如近來作為基因改造工具而聲名大噪的 CRISPR,原本便是細菌用來抵禦病毒、質體的免疫系統。神奇的是,許多攻擊目標為質體的 CRISPR 套組,本身就位於質體上頭,令人懷疑其動機不單純。

比方說,A 質體攜帶一套攻擊 B 質體的 CRISPR,那麼 A 質體的目的,到底是保護自己寄宿的細菌不被 B 質體入侵,或是維護自己的地位不要被 B 質體搶走呢?不好說,不好說。

細菌對付質體的手段除了 CRISPR,還有一招是利用「Argonaute」蛋白質,啟動針對質體的排外機制;有時候兩者兼備,就是不給質體活路。[參考資料 3]

了解上述資訊,便能體會霍亂新研究的奧妙:質體無法生存的霍亂弧菌,既沒有 CRISPR,亦沒有 Argonaute,卻有以前不知道的另外兩招。

沒有質體的霍亂弧菌

儘管大家的印象中,霍亂就是一款危害人類的傳染病,不過野生的霍亂弧菌有很多品系,除了 O1 和 O139 兩個亞型之外,大部分其實不怎麼會感染人類。歷史上霍亂有過七次大流行,目前第七次大流行的型號為 O1 旗下的 E1 Tor,也稱作 7PET。

過往導致大流行的型號以及野生霍亂品系,細菌中一般都帶著質體,可是如今廣傳的 E1 Tor 卻常常沒有。假如人為將質體送進細菌體內,一開始倒是沒什麼阻礙,可是複製繁殖十代以後的細菌,卻幾乎不再擁有質體。

因此我們可以假設,霍亂第七次大流行的主角,可能比同類們多出些什麼,讓它新增了排除質體的能力。既然不是其餘細菌使用的 CRISPR 與 Argonaute,應該是某種目前未知的手段。

研究者一番搜尋後,從霍亂基因組上找到 2 處有關係的區域,稱它們為 DdmABC 和 DdmDE(Ddm 為 DNA-defence module 縮寫),兩者各自都有排擠新質體的能力,一起合作效果更好。

霍亂弧菌有 2 個染色體(左、右),DdmABC 位於第一號染色體(左)的 VSP-II 區域(圖中寫成 VSP-2),DdmDE 位於 VPI-2 區域。圖/Molecular insights into the genome dynamics and interactions between core and acquired genomes of Vibrio cholerae

兩套手法獨立運作,就是不要讓質體留下!

DdmABC 與 DdmDE 都能替霍亂細胞排除質體,但是運作方式不同。

DdmDE 會直接攻擊,令質體無法繼續在細菌體內生存,尤其容易攻擊比較小的質體;這個攻擊過程中,應該有其他蛋白質參與,不過詳細機制仍有待探索。

負責打擊質體的 DdmDE,其基因周圍還有兩套免疫系統的基因:R/M 與 Zorya,它們的任務都是消滅入侵的噬菌體(感染細菌的病毒)。因此霍亂的染色體上,這些基因共同構成一組對抗外來異形的陣地,稱為防禦島(defence island)。

DdmABC 則似乎更傾向「促進選汰」的手法,霍亂如果攜帶質體,不論質體自身大小,DdmABC 都會產生毒性;這使得質體數目較少的細菌,繁殖時產生競爭優勢,多代以後脫穎而出的霍亂,將剩下不再攜帶質體的個體。

有意思的是,霍亂細胞的 DdmABC 能排擠質體,也能屠殺入侵的噬菌體。所以它是一套雙重功能的免疫系統,同時防禦噬菌體和質體這兩種異形。

霍亂弧菌中 DdmABC 與 DdmDE 為兩套獨立運作的免疫系統,DdmABC 能排除入侵的病毒和質體,DdmDE 會直接攻擊質體。圖/參考資料 2

演化上 DdmABC 與 DdmDE 從何而來呢?在資料庫中比對 DNA 序列,ABCDE 這 5 個基因都找不到非常相似的近親基因,所以本題暫時不得而知。

其餘霍亂同類都沒有這兩串基因,所以它們是 E1 Tor 品系新獲得的玩意;幾個新基因組合形成新功能,或許有助於 E1 Tor 當年在霍亂內戰中勝出,成為第七次大流行的主角。總之,它們都通過長期天擇競爭的考驗,贏得一席之地。

質體對細菌可能有害也可能有利,若是通通不要,等於是徹底斷絕獲利的機會。如今廣傳的這款霍亂,為什麼演化成這般樣貌,值得持續探索。

一隻細菌配備對付不同入侵者的多款免疫系統,一如一艘巡洋艦配備的多款防禦系統,不論敵人從陸地、海面、空中發射飛彈,或是從海底用魚雷攻擊,都有防守的應變手段。然而,再怎麼周詳的防禦設計,都有被突破的機會。圖/wiki

戒備森嚴,多重防禦的細菌免疫

由這些研究我們可以觀察到,細菌儘管是只有一顆細胞的簡單生物,也配備多重免疫系統,抵抗各種入侵者。以極為成功的霍亂 E1 Tor 品系來說,它配備 R/M、Zorya、DdmDE 三款防禦病毒的機制,以及 DdmABC、DdmDE 兩套排擠質體的手法,能夠全方位對抗試圖入侵的病毒和質體。

霍亂弧菌之外的許多細菌,又配備記錄入侵者遺傳訊息的 CRISPR 系統,精準識別目標並且攻擊,類似人類的後天免疫。CRISPR 此一特質,使它變成智人的基因改造工具。

而類似先天免疫,無差別切割入侵者的 R/M 系統,其各種限制酶(restriction enzyme),早已從 1970 年代起成為常見的基因改造工具,可謂分子生物學實驗的元老。

新發現霍亂的 DdmABC、DdmDE 免疫系統,除了增加學術知識,也有應用潛力。探索細菌、質體、病毒間的大亂鬥,不只能認識更多免疫與演化,也可能找到對付細菌的新招,還有機會啟發分子生物學的新工具。

延伸閱讀

參考資料

  1. Jaskólska, M., Adams, D. W., & Blokesch, M. (2022). Two defence systems eliminate plasmids from seventh pandemic Vibrio cholerae. Nature, 1-7.
  2. Cholera-causing bacteria have defences that degrade plasmid invaders
  3. Kuzmenko, A., Oguienko, A., Esyunina, D., Yudin, D., Petrova, M., Kudinova, A., … & Kulbachinskiy, A. (2020). DNA targeting and interference by a bacterial Argonaute nuclease. Nature, 587(7835), 632-637.

本文亦刊載於作者部落格《盲眼的尼安德塔石匠》暨其 facebook 同名專頁


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寒波_96
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生命科學碩士、文學與電影愛好者、戳樂黨員,主要興趣為演化,希望把好東西介紹給大家。部落格《盲眼的尼安德塔石器匠》、同名粉絲團《盲眼的尼安德塔石器匠》。