0

0
0

文字

分享

0
0
0

長得有點像,但叫聲不一樣:新種「太田樹蛙」,發現!

PanSci_96
・2017/09/20 ・2569字 ・閱讀時間約 5 分鐘 ・SR值 493 ・六年級

立即填寫問卷,預約【課程開賣早鳥優惠】與送你【問卷專屬折扣碼】!

 

  • 林思民|臺灣師範大學生命科學系教授,長年研究草蜥斷尾與候鳥掠食之間的交互作用,並發表數篇與猛禽相關的研究。
  • 王盈涵|臺灣師範大學生科系畢業,現於臺中一中擔任代理教師。
太田樹蛙(曹家銘攝影)

耳熟能詳的蛙鳴聲,隱藏著分類學上的重大秘密?

隱藏種指的是外觀非常相近,過去未經鑑定的種類;人是高度仰賴視覺的動物,鑑定物種常常首先以外觀作為首要的依據。但也有許多的物種利用其他的訊號溝通,例如:聲音(包含超音波)、氣味或費洛蒙、紫外線反射、電波或震幅。

這次的研究是透過遺傳、形態、叫聲、和行為反應,由臺灣師範大學生科系師生王盈涵、蕭郁薇、林思民等人,再度在臺灣發現新種樹蛙。這個新種樹蛙從過去大家熟知的「日本樹蛙」之中所獨立出來;本研究結果已於近日發表於國際期刊《公共科學圖書館》(PLOS ONE)。

日本樹蛙(左,梁彧禎攝)與太田樹蛙(右,曹家銘攝)。圖/臺灣師範大學提供。

鳴叫聲是蛙類求偶時吸引母蛙最重要的工具,同時也是蛙種彼此判斷同類的依據。然而,臺灣對蛙類聲學的研究尚處於起步階段;而更鮮少被應用在分類和行為的研究之中。

本研究的主角日本樹蛙是臺灣溪流環境中最常見的蛙種,在全臺灣所有的流域,只要有乾淨的溪流,就有日本樹蛙的蹤跡。春夏之際,日本樹蛙的成蛙大量開始出現在溪流周邊,而在有些地點,牠們的族群甚至可以全年出現。但是牠們的叫聲細碎如蟲鳴,也讓大部分的人鮮少駐足仔細聆聽。然而,這麼常見的一個蛙種,牠的叫聲卻隱藏著前所未知的分類學訊息!

而透過 DNA 抽絲剝繭,也可以幫現代的生物學家發現新物種。其實早在大約五年前,透過特生中心林彥博研究員、科博館曾惠芸博士、和師大研究團隊的三方合作,研究團隊就已經知道全臺灣不同流域的日本樹蛙在分類上有很大的疑問。

從遺傳上來看,基本上從宜蘭縣往西,臺灣的西北部平原一直到雲林以北,原則上都是我們認為「正宗」的日本樹蛙。但是花東地區和臺灣南部的樹蛙,在遺傳上與前者差距多達16%以上,非常可能是另外一個尚未被科學描述的新物種。但是這兩種青蛙長相實在太過接近,我們又缺乏聲音和行為的資料,遲遲不敢進行分類上的定論。

日本樹蛙與太田樹蛙主要的形態區別在於大腿腹側的花紋。日本樹蛙為不規則的雲狀斑,太田樹蛙則為規則的小白點。圖/臺灣師範大學提供。

直到師大生科系畢業的王盈涵同學進入碩士就讀,開始利用錄音的方法檢測新種樹蛙的叫聲。結果發現叫聲才是分辨這兩種樹蛙的關鍵秘密。

居住在臺灣西北部地區的日本樹蛙只會發出一種叫聲,聽起來宛如微細而規則的蟲鳴聲。但是東部和南部的樹蛙卻可發出另一種高低起伏、強弱參雜的曲式。利用鳴聲上、遺傳上的差異,再加上大腿腹側穩定的花紋差異,研究人員終於得以正式將這個新種命名為「太田樹蛙」。

日本樹蛙的叫聲聽起來宛如細而規則的蟲鳴,太田樹蛙則發出高低起伏的鳴聲。圖/臺灣師範大學提供。
  • 第一、二個音訊檔為太田青蛙蛙鳴,第三、四個為日本樹蛙,你聽得出來嗎?

然而,兩種青蛙是否會辨認彼此的叫聲?

這時候,現在仍就讀於師大的碩士班學生蕭郁薇同學的行為研究派上了用場。在過去兩年的暑假,蕭郁薇利用回播實驗,測試日本樹蛙和太田樹蛙對彼此聲音的判別能力。所謂回播實驗,進行的方法就是利用擴音器,對著一隻野外的青蛙播放同種或異種的叫聲各一分鐘,然後利用另一組麥克風側錄牠對入侵者的反應。

圖 / 記者會簡報截圖

當野外的公樹蛙碰到入侵者的時候,會發出回應的短鳴叫作為反擊,我們計算反擊的數量和積極程度,就知道各隻青蛙到底對哪一種聲音的反應最劇烈。

結果非常好玩,也跟預期一樣。基本上不管是日本樹蛙或太田樹蛙,大家都對「同種」的叫聲反應最劇烈,而對「異種」的叫聲無動於衷。顯示牠們不僅在叫聲上有所區隔,在行為反應上也已經可以判斷彼此之間的叫聲差異。

太田樹蛙(曹家銘攝影)

很多發表新種的論文都會討論遺傳(DNA)和形態,討論叫聲的稍少一點,而討論行為反應的實驗卻非常罕見。蕭郁薇同學這部分的實驗,也成為這個新種強而有力的證據之一。

這個新物種的命名由來,則是用來表彰現今東亞地區最偉大的兩爬權威太田英利教授(Dr. Hidetoshi Ota),以感謝他對東亞及臺灣兩棲爬行動物研究的貢獻。

圖 / 記者會簡報截圖

太田教授在 1980 年代晚期與 1990 年代早期曾經長時間在臺灣進行調查,釐清許多過去分類學上的疑問,並進而發表牧氏攀蜥、呂氏攀蜥等多種臺灣特有的兩棲爬行動物。另一方面,太田教授也是二十幾年前催生很多臺灣與日本國際合作研究的推手之一,這中間也包括探討日本樹蛙分類地位最早的合作研究。

這個研究顯示即使在臺灣這麼小的島嶼之上,生物多樣性的龐雜程度仍然被大家所低估。兩年前,由林思民教授率領的師大團隊才剛將臺灣的鈍頭蛇由一種切割為三種,同時發表了 84 年以來首次由國人自行發表的新種蛇類「泰雅鈍頭蛇」。而在今年稍早,同一團隊也證明花東一帶的「白斑石龍子」是一個獨立的特有物種。

持續進行的物種調查,顯示臺灣的物種多樣性仍然被低估。上圖為研究團隊於2015年發表的泰雅鈍頭蛇;下圖為研究團隊今年稍早由亞種提升為有效種的白斑石龍子。圖/臺灣師範大學提供。

本研究將臺灣原生的蛙類由 31 種增加為 32 種,而樹蛙科的成員則由 12 種增加為 13 種。太田樹蛙喜歡棲息在乾淨的溪流周邊,目前在花東地區和臺灣的南部有著極為龐大的族群數量,幾乎一年四季都會看到牠的行蹤。

臺灣師範大學生科系師生王盈涵、蕭郁薇、林思民等人,再度在臺灣發現新種樹蛙。研究結果已於近日發表於國際期刊《公共科學圖書館》(PLOS ONE)。圖/臺灣師範大學提供。
  • 本文改寫自國立臺灣師範大學新聞稿
文章難易度
PanSci_96
1011 篇文章 ・ 1141 位粉絲
PanSci的編輯部帳號,會發自產內容跟各種消息喔。

1

5
2

文字

分享

1
5
2
低調卻又無所不在:你我身邊熟悉的陌生人,臺灣森林裡的「野生釀酒酵母菌」
研之有物│中央研究院_96
・2022/07/11 ・6154字 ・閱讀時間約 12 分鐘

立即填寫問卷,預約【課程開賣早鳥優惠】與送你【問卷專屬折扣碼】!

 

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。

  • 採訪撰文/寒波、簡克志
  • 美術設計/蔡宛潔

臺灣「野生釀酒酵母」的多樣性研究

釀酒酵母,一種被人類廣泛利用的微生物,釀酒、做麵包都會用到,此外也被大量用於科學研究。可以說不論在食品或學術上,釀酒酵母早已進入你我的生活。然而,釀酒酵母除了人類常用菌株(strain)是來自原有已知的幾個馴化譜系(domesticated lineage)之外,其實還有非常多野生譜系不為人知。中央研究院「研之有物」專訪院內生物多樣性研究中心蔡怡陞副研究員,他與研究團隊尋覓臺灣野生的釀酒酵母,意外發現臺灣島的面積雖然相比之下較小,野生釀酒酵母的遺傳多樣性卻是世界最高!論文已於 2022 年 3 月 31 日發表於《基因組研究》(Genome Research)。

不管釀酒還是做麵包,都不可或缺的釀酒酵母

釀酒酵母的學名叫作 Saccharomyces cerevisiae(簡稱 S. cerevisiae),它在釀酒或烘焙等食品業中最具代表性,也是最常見的模式生物之一。釀酒酵母作為單細胞真核生物的代表,大量用於學術研究,蔡怡陞團隊的成果即是一例。

至於釀酒酵母的產業應用,例如常見的愛爾(Ale)與拉格(Lager)啤酒來說,前者發酵溫度在 20℃ 左右,菌株就是上述的 S. cerevisiae,味道較濃郁;後者的特色是低溫發酵 10℃ 左右,菌株是人類特別選殖的雜交品系(註 1),味道較清爽。

常溫發酵的愛爾啤酒較濃郁、顏色深,低溫發酵的拉格啤酒較清淡、顏色淺。圖/Pexels

有趣的是,世界各地的人、歷史與文化也許有別,愛酒的心卻都一樣,歐洲培育出發酵啤酒的品系,日本也獨立馴化獲得釀造清酒的酵母菌。

除了釀酒之外,製作麵包也需要釀酒酵母,故 S. cerevisiae 也稱作麵包酵母。仰賴小規模手工業的古時候,麵包師都有自己的獨家酵母,師傅教徒弟時,傳承的不只技術,也包括酵母麵團。

邁入近代社會以後,各行各業都走向標準化,釀酒酵母也不例外。如今不同麵包師大都使用同一種量產酵母。

釀酒酵母不只用於釀酒,烘焙業也常拿來讓麵團發酵,做出好吃的麵包。圖/Unsplash

啤酒與麵包這些案例鮮活地說明,釀酒酵母深受人類影響,這也是大部分酵母菌演化研究關注的主題。

然而蔡怡陞實驗室則不同,他關心的對象是處於人類影響以外、還沒有被馴化的野生釀酒酵母們。這些野生釀酒酵母們和食品業常用的菌株是同一物種(species),學名都是 S. cerevisiae,但是為不同菌株(strain)。

由於釀酒酵母的產業運用和微觀機制探討已經相當成熟,但是人們對於釀酒酵母在生態中的角色依然所知有限,以前人們甚至懷疑過,真的有野生的釀酒酵母嗎?後來才知道不但有,而且多樣性還不小,與人類密切接觸的只是少數幾款。

那麼,蔡怡陞團隊是如何找出低調的臺灣野生釀酒酵母呢?

看不到卻無所不在:臺灣野生釀酒酵母的探尋之旅

蔡怡陞過去就對酵母菌相當有興趣,因為這是他在倫敦帝國學院就讀博士班的起家主題!當時他研究的是釀酒酵母最近的親戚 Saccharomyces paradoxus

回到中研院後,他決定在臺灣再度開啟野生釀酒酵母的研究,與博士生李佳燁、助理劉育菁、柳韋安等人多年奮鬥後,有了出乎意料的發現!如今回首 6 年來的探索過程,並不容易。

要研究野生的釀酒酵母,第一步當然是去野外採集,可是人的眼睛看不見酵母菌,所以沒辦法用視覺辨識直接採樣,要把樣本帶回實驗室,初步處理後浸入培養液,等待兩個星期才能得知結果:釀酒酵母是否存在。

實驗室使用特製培養液,有利於釀酒酵母生長,不利其他微生物。理想上,即使釀酒酵母原本的存在感很低,也能在培養液中放大。

因為酵母菌肉眼不可見,研究團隊需在廣大森林中採樣,並將處理後的樣本浸入培養液長達兩週,之後嘗試分離微生物並鑑定,才能確認是否成功採集到釀酒酵母。圖/研之有物(酵母菌圖源/蔡怡陞提供、腦海工作室製圖)

假如等待一段時間後,培養液長不出酵母菌, 也許是一開始就真的沒有,但是有沒有可能是因為採樣和培養時有缺失,害得酵母菌長不出來?或是釀酒酵母確實存在,卻由於數量太少而無法見到?

蔡怡陞回憶,開始這項計畫的第一年,幾乎一無所獲。根據歐洲與美洲的研究經驗,野生釀酒酵母常常於橡樹表面生長,橡樹屬於殼斗科植物,所以一開始多半以市區外圍森林,如殼斗科的樹皮為目標,卻不斷失敗。

後來往更廣的範圍採樣,並與生多中心研究人員鍾國芳黃仁磐等實驗室合作,這才克服難關,順利從多種植物的果實、樹葉、樹幹、地面、甚至是地衣等來源獲得酵母菌,並且訝異地得知,釀酒酵母在臺灣的森林其實非常普遍。

蔡怡陞歸納出的模式是:臺灣野外森林中,釀酒酵母普遍存在,但是比例非常低,可謂低調卻無所不在。

釀酒酵母在顯微鏡下的照片。釀酒酵母有人類馴化過的菌株,也有野生譜系。野生的釀酒酵母在自然界中普遍存在,但是比例相當低。
圖/Wikimedia

如何歸納出以上結論呢?這要利用如今基因體學的新工具:總體基因體學(metagenomic)。原理是取得環境樣本後,直接定序其中所有 DNA 片段,或是所有物種都有的擴增子(amplicon),再與資料庫對照;如此一來,便能估計目標佔整體的比例,蔡怡陞團隊就是去估算釀酒酵母佔其生長環境中的比例。

從環境採樣培養出釀酒酵母以後,由中研院定序核心實驗室的呂美曄,回頭定序該樣本的擴增子,接著由蔡怡陞實驗室的林渝非分析。野外採集的樣本中,絕大部分是細菌,通常高達至少 99% 之多;剩下多半為真菌(和原生生物等等),其中只有極低比例是釀酒酵母,最多也只佔 0.012%。因此同樣是細菌、真菌等微生物,釀酒酵母的存在感是低於 1% 中的 0.012% 以下,換句話說,不超過百萬分之 12!

透過總體基因體學的分析,能夠量化釀酒酵母在天然環境下的存在感。蔡怡陞也強調培養液很重要,否則無法讓低調的酵母菌現形。抓到目標後就能分離酵母菌,培育建立新的菌株,並且經由團隊成員李昕翰、柯惠棉的定序、組裝獲得完整的基因組。藉此獲得一百多個臺灣各地的菌株及其遺傳訊息,用於進一步研究。

蔡怡陞實驗室中,放入培養液和樣本的 6 支試管。培養液相當重要,負責讓低調但無處不在的釀酒酵母現身。圖/研之有物

釀酒酵母的多樣性,臺灣竟然世界最複雜?

要了解蔡怡陞實驗室新論文的意義,必須先認識別人過去的研究。

2018 年就有研究者從世界各地收集超過一千個釀酒酵母品系,探討親緣關係。分析發現野生釀酒酵母們彼此的變化差異還不小,東亞的中國為最多變之處;將所有酵母菌擺在一起畫演化樹,中國採集到的品系能歸類到不同譜系(lineages),包括與同類最早分家,差異最大的譜系。

演化樹是一種建構親緣關係的工具,所有樣本中,兩個樣本假如有最近的共同祖先,通常遺傳上的差異也會愈少,便會被歸類到一塊;這一批和其次相近的另一批樣本們,又會被歸類到一群,就這樣一直向前回溯(見下圖),形成看似樹狀的關係。而這棵樹上愈早分離的譜系,也就代表差異愈大,愈早和其他樣本分家。

演化樹與地理關係的示意圖,通常有兩種情況,左邊表示不同地點(A,B,C,D)採集的樣本,在演化樹上有明確先後次序,可推論出如何在地理上傳播;右圖表示不同地點(A,B,C,D)採集的樣本,在演化樹上無明確先後次序,傳播路徑交織在一起。圖/研之有物

中國採集的釀酒酵母們,不但有些被歸類到較晚分家的不同群,幾個樣本更自成一群,形成最早分出的演化樹枝。這些證據有力地支持:中國是釀酒酵母的起源地。然而,案情並不單純!

將臺灣的一百多個菌株擺進演化樹,驚奇的事發生了!臺灣存在的釀酒酵母們,竟然也被歸類進各大譜系,並有新的譜系,這表示臺灣的釀酒酵母多樣性,和中國一樣高。而且還有一款進入之前於中國採集到,與同類最早分家的那一群。

驚奇之處在於,擺在全世界的尺度下看,臺灣只是一個很小的島,地處東亞大陸邊緣。中國面積龐大,釀酒酵母具備全世界最高的多樣性並不意外,也被認為很可能是發源地;可是小小的臺灣,竟然也存在一樣高的複雜度。

簡化過的野生釀酒酵母演化樹示意圖,蔡怡陞團隊採集到的臺灣野生釀酒酵母譜系中,發現有一款和先前中國採集樣本都是最早分家的一群(黃框處),地理傳播也交織在一起。這表示臺灣的釀酒酵母多樣性,和中國一樣高,兩者皆為世界第一。圖/研之有物(資料來源/蔡怡陞)

有沒有可能臺灣多變的品系,並非起源自當地,而是被人類無意間帶來的呢?應該不可能,因為根據遺傳差異估計,那些野生譜系們分家後衍生的年代,都早於人類在附近活動的時間;由此可以推論,目前的分佈狀況,非常可能是自然傳播的結果(或許是隨著殼斗科森林)。

所以我們可以說,臺灣是釀酒酵母最初的起源地嗎?不行。符合已知證據,比較合理的解釋是,釀酒酵母於東亞發跡,所以在東亞地區的遺傳多樣性也最高;而臺灣也包含於此一交流範圍之內,從最早的始祖開始,從古至今逐漸分家的釀酒酵母們,可能陸續,或是在同一段交流時期進入臺灣,一直低調默默生存到現在,仍保持原鄉的面貌。

然而,好的研究不只要知道有多少已知,更要知道還有多少未知。蔡怡陞提醒我們,目前研究有個盲區:東南亞地區的取樣仍十分有限。根據已知的樣本,最早與同類分家的酵母菌,它們的後裔位於中國和臺灣,故推論東亞地區是起源地。

可是取樣匱乏的東南亞,會不會住著更早分家前輩的後裔呢?這是目前無法回答的問題。

野生釀酒酵母在中國與臺灣的實際採樣分布,發現臺灣譜系的數量是全世界同尺度地區中最高的。其中 TW1 和 CHN-IX 皆為最早分家的一群,證明了台灣是發跡地之一。小小的臺灣卻擁有如此高的多樣性,就是讓人驚奇之處。圖/研之有物(資料來源/蔡怡陞)
釀酒酵母實際的演化樹,這是從樹狀圖捲曲起來的另一種表達形式,其中 TW1 和 CHN-IX 皆為野生樣本,且是最早分家的一群。圖/研之有物(資料來源/蔡怡陞)

你我所不知道的小世界,野生釀酒酵母的生殖、生態學

總之根據現有的資訊,臺灣釀酒酵母的多樣性在同樣尺度下比較確實為世界最高

大量取樣下還能觀察到,距離非常近的採集地點,竟然同時住著遺傳上差異很大,不同譜系的菌株(甚至在同一棵樹!)。相比之下,中國酵母的多樣性也高,但是分佈並不密集,相近的地理範圍內通常存在遺傳上類似的菌株。

不同研究的手法不同,這會不會是中國研究者採集較為稀疏,取樣方式導致的偏誤呢?蔡怡陞表示,的確無法排除前述可能性;但是他反而認為過去的採集方式,說不定都忽略了微生物近距離的分佈與多樣性,所以更需要反思過往認知微生物的生物地理關係。

不過他也認為中國的釀酒酵母確實住的比較分散;因此差異大的品系住在附近這回事,搞不好真的是臺灣特色,至少是率先在臺灣觀察到。

了調查臺灣野生釀酒酵母的多樣性,蔡怡陞團隊也發現野生的釀酒酵母大部分是採取無性生殖,不同品系之間雖然會有遺傳交流,但是相當有限。圖/研之有物

另一件有趣的發現是遺傳交流。釀酒酵母是單細胞真核生物,實驗室環境下可以無性生殖,自己複製自己;也可以隨時切換成有性生殖,和同類一起生寶寶。利用菌株間的遺傳差異,可以預測自然界的釀酒酵母,大部分時候採行無性生殖(這是蔡怡陞博士班時期努力的主題!)。

既然臺灣存在許多遺傳有別的野生品系,有時候又住的很近,它們之間會遺傳交流嗎?

比對基因組得知,會,不過不常見,大約每幾百到幾萬次無性生殖才有 1 次有性生殖。這證實蔡怡陞對酵母菌生殖的推論,替釀酒酵母生態學新添一分認識。

讓學術研究結合產業應用,找到野生釀酒酵母之後

有趣歸有趣,但是研究臺灣野生釀酒酵母有什麼意義呢?

從學術上來說,蔡怡陞指出,臺灣生態系複雜,本次透過基因體學手法得到量化證據,支持釀酒酵母這種微生物,在臺灣的多樣性很高。這項在臺灣採樣的本土研究,也大幅增進全世界對釀酒酵母的認識,並可更進一步開始探討釀酒酵母在自然界所扮演的角色。

從產業上來說,在蔡怡陞團隊的辛苦調查與記錄之後,未來我們是否可以期待廠商用臺灣在地的野生釀酒酵母做啤酒呢?

釀酒酵母是與人類互動最密切的微生物之一,但是人們對野生的釀酒酵母了解卻很有限,可謂無比熟悉的陌生人。蔡怡陞採集到眾多野生的菌株品系,不論學術研究或產業應用,都可能有進一步發展。

目前實驗室正在把這些菌株「帶」回實驗室,開始量化相關的表現型(phenotypes)。等到時機成熟,他歡迎各界合作,一起探索臺灣自然資源的潛力。

蔡怡陞與實驗室團隊合影,前排由左往右為:李佳燁、柯惠棉;後排由左往右為:蕭禎、劉育菁、蔡怡陞、林渝非。這次論文中公開的眾多野生釀酒酵母菌株,不論學術研究或產業應用,都有相當的發展潛力。圖/研之有物

註解

  1. 拉格啤酒採用的菌株是 Saccharomyces pastorianus,為 S. cerevisiae 及 S. eubayanus 兩者雜交而成。

參考資料

  1. 蔡怡陞(2017)。〈多樣性決定味覺豐富度,釀酒酵母的「萬年傳統全新感受」〉,《環境資訊中心》。
  2. Lee, T. J., Liu, Y.-C., Liu, W.-A., et al. (2022). Extensive sampling of Saccharomyces cerevisiae in Taiwan reveals ecology and evolution of predomesticated lineages. Genome Research.
  3. Peter, J., De Chiara, M., Friedrich, A. et al. (2018). Genome evolution across 1,011 Saccharomyces cerevisiae isolates. Nature, 556, 339–344.
  4. Duan, S. F., Han, P. J., Wang, Q. M. et al. (2018). The origin and adaptive evolution of domesticated populations of yeast from Far East Asia. Nat Commun, 9, 2690.
  5. White, C., & Zainasheff, J. (2010). Yeast: The Practical Guide to Beer Fermentation. Brewers Publications.
  6. Tsai, I. J., Bensasson, D., Burt, A., & Koufopanou, V. (2008). Population genomics of the wild yeast Saccharomyces paradoxus: Quantifying the life cycle. PNAS, 105(12), 4957–4962.

所有討論 1
研之有物│中央研究院_96
253 篇文章 ・ 2219 位粉絲
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

1

5
0

文字

分享

1
5
0
蘇花公路的兩爬生物點點名!(上)——蘇花改特輯(三)
自然保育季刊_96
・2021/05/21 ・3481字 ・閱讀時間約 7 分鐘

立即填寫問卷,預約【課程開賣早鳥優惠】與送你【問卷專屬折扣碼】!

 

  • 本文轉載自特有生物研究保育中心,《自然保育季刊》第 112 期
  • 作者 / 陳子浩|行政院農業委員會特有生物研究保育中心計畫助理)、林彥博|行政院農業委員會特有生物研究保育中心助理研究員
蘇花公路改善道路的興建提供了東部民眾一條安全的南北往來道路。圖/許文昱 攝

美不勝收的海天一線及陡峭的懸崖景色可謂是蘇花公路的獨特景觀,為蘇澳至花蓮這段綿長的旅程增添許多風光。蘇花公路為宜蘭縣往來花蓮縣的唯一道路,長久以來蘇花公路落石坍方意外頻傳,加上維修施工不易,促成了蘇花公路改善道路工程 (以下簡稱蘇花改) 的興建。蘇花改除了興建一條能讓民眾安全回家的路之外,也加入了兼具生態永續的觀念,在經過特有生物研究保育中心 (以下簡稱特生中心) 團隊長期的生態監測調查後,我們看見蘇花公路沿線的另一種風貌。垂直落差極大的山林、湍急的溪流、潮濕的林道孕育了許多生命,白晝的鳥曲、夜晚的蟲鳴偶爾搭上山羌粗曠的叫聲,彷彿讓人隨時隨地都處在山林樂團的搖滾區。但各位是不是遺忘了那群極不顯眼、躲躲藏藏的小傢伙?讓我們一起來看看這些角落生物, 蘇花公路沿線的兩棲爬行動物吧!

海天美景下,蛙類的可愛身影

面天樹蛙是蘇花公路沿線的優勢物種,常見於灌叢上鳴唱。圖/許文昱 攝
太田樹蛙只需要有臨時性積水處即可進行繁殖,因此在蘇花公路沿線的族群數量相當豐富。圖/許文昱 攝

蘇花公路沿線地區,受板塊運動影響形成典型的斷層海岸地形,山勢陡峻溪短流急,以闊葉林、溪流生態系為主,部分適合發展農業的區塊 (如蘇澳、 南澳等), 有較大的農田生態系,該地區也受強烈的季風影響,降雨頻繁,容易形成許多臨時性水域,如大面積的積水或小型的樹洞積水,而這些多元化的微棲地,提供兩棲類相當豐富的食物資源和棲地選擇。

稻田或茭白筍田等長期積水的靜水域環境是可以發現許多蛙類棲息的棲地類型。圖/許文昱 攝

根據特生中心執行「台 9 線蘇花公路山區路段改善計畫 (蘇澳~東澳、 南澳~和平、 和中~大清水) 施工中暨營運階段指標生物研究計畫」之「兩棲類爬蟲類指標物種研究」子計畫,從 2012 至 2020 年的調查紀錄,該地區有 6 科 20 種原生與 1 種外來種兩棲類,在不同的棲地類型都可發現這些長相可愛的兩棲動物。例如潮濕的闊葉林中下層,以面天樹蛙、莫氏樹蛙、布氏樹蛙、艾氏樹蛙及小雨蛙等蛙種為主;溪流及鄰近的池塘則有太田樹蛙、褐樹蛙、福建大頭蛙、梭德氏赤蛙、斯文豪氏赤蛙及拉都希氏赤蛙等蛙種棲息;農田或灌溉用儲水池等靜水域有澤蛙、長腳赤蛙、貢德氏赤蛙、腹斑蛙、虎皮蛙、黑眶蟾蜍、盤古蟾蜍及中國樹蟾等蛙種利用。

溪流環境是常可發現斯文豪氏赤蛙、褐樹蛙等溪流型蛙類的典型棲地類型。圖/許文昱 攝

來蘇花改做爬行動物大點名!

這樣多元的生態資源, 同時也孕養了形形色色的爬行動物類群,從住家周遭的高度人為干擾到人煙稀少的原始林環境都能看到牠們的蹤跡。從 2012 至 2020 年的調查結果顯示, 該地原生蜥蜴類有 11 種,包含壁虎科 5 種、蜥蜴科 2 種、飛蜥科 2 種和石龍子科 2 種。常見棲息於樹林、草叢等植物體,如黃口攀蜥或翠斑草蜥等物種。此外有些爬行動物甚至能利用人造物作為棲所,如疣尾蝎虎或麗紋石龍子等。

當地的原生種蛇類至少有 18 種,包括黃頷蛇科 12 種、蝮蛇科 2 種、蝙蝠蛇科 2 種、 鈍頭蛇科 1 種及盲蛇科 1 種,除眼鏡蛇、 雨傘節、赤尾青竹絲、龜殼花、大頭蛇和茶斑蛇等 6 種外, 其他皆為無毒蛇。 說到蛇可能有些人的心理陰影開始逐漸擴大, 在認知不足及不當的文章標題渲染下,人與蛇的衝突及誤會就這樣慢慢加深。 蛇類為生物鏈的高等掠食者,哺乳類、鳥類、兩棲爬行類、魚類和無脊椎生物, 都可能是牠們捕食的對象,同時也代表牠們有一定的能力能抑制鼠患傳播,所以該如何與野生生物共處也是當前人類必須加以關注的重點。

斯文豪氏攀蜥是蘇花公路沿線相當常見的蜥蜴,夜晚時會停棲在大片樹葉上或灌叢上休息。圖/林彥博 攝

此外, 原生龜鱉類有 4 種, 包括會在潮濕森林底層取食動物屍體、果實、昆蟲或蚯蚓的食蛇龜,偏愛埤塘或草澤等靜水域的柴棺龜,也有偏好棲身於靜水域和流水域的斑龜和中華鱉,牠們以動物屍體、水中生物為主食,由於近年棲地破壞、 人為捕捉的壓力提升,調查到的數量甚少。

涵蓋石龍子和守宮的蜥蜴大家族

黃口攀蜥常見於清水斷崖以北區域的森林中下層環境。圖/許文昱 攝

蜥蜴類包含蜥蜴、石龍子和守宮,可說是隨處可見,但又往往被人們所忽略。根據種類的不同而有不同的習性及棲所,大部分的人可能對日行性斯文豪氏攀蜥有較深的印象,雄蜥時常出現在森林邊緣的樹木上,為了宣示地盤或威嚇路過的遊客,而展現其鮮豔喉垂顏色並做起伏地挺身的動作。另一種龍蜥屬的成員黃口攀蜥,其外形、行為和棲所與斯文豪氏攀蜥類似,不同的是具有黃色的口腔內膜及外緣鱗,有黑斑的下頷,而且比較偏好棲息於森林遮蔽度較高的環境,夜間常於森林邊緣的植物葉片或枝條上休息。在夜間尋找熟睡的攀蜥時,也能在林緣看到日間活耀於灌叢間的翠斑草蜥匍匐在芒草上休息。由於翠斑草蜥外觀與臺灣草蜥 (Takydromus
formosanus
) 甚為相似,在早期被歸為同一物種,直至國立臺灣師範大學林思民與呂光洋教授藉分子證據對其完整的系統分類研究,於 2008 年從臺灣草蜥中再描述發表成兩個新的草蜥物種,分別為鹿野草蜥 (T. luyeanus) 及翠斑草蜥 (T. viridipunctatus)。

翠斑草蜥是近年從原為台灣草蜥中新描述的新種草蜥,分布於台灣北部及東北部地區,在夜晚上常見其停棲在低矮灌叢上休息。圖/許文昱 攝

麗紋石龍子及印度蜓蜥是相當適應高度人為干擾環境的爬行類。牠們通常駕輕就熟地在路邊草叢、涵洞、水泥裂縫、邊坡等車水馬龍的環境活動,從容地沐浴陽光和自在覓食。石龍子科的成員在受到攻擊時會使用斷尾求生的策略,上述兩種幼蜥的尾巴帶有鮮豔色彩,在斷尾後尾部會持續跳動吸引掠食者的注意,以爭取逃跑或躲藏的時間,提升存活機率。另外,印度蜓蜥是唯一胎生繁殖的原生石龍子物種,在生殖策略上比起其他卵生的物種, 繁殖成功率相對較高。

鱗趾虎目前的分布區域,已經跨越了清水斷崖來到北側的和中。圖/許文昱 攝

適應人類活動的疣尾蝎虎、無疣蝎虎和鉛山壁虎也常出現在房舍、屋簷和路燈等地方。牠們會利用腳趾上由細絨毛構成的皮瓣吸附於牆壁、天花板及樑柱等光滑表面,飛簷走壁伺機捕食趨光的昆蟲或求偶交配。由於經常與人類住在同一個屋簷下,相對於其他爬行類,是很容易觀察到的物種,因此鄉間也流傳了不少有關「 善螗 (臺語)」的軼聞。民間常說北部的壁虎不會叫,其實並非如此,分布於臺灣北部的無疣蝎虎並非不會叫,只是與南部的疣尾蝎虎相比,叫聲不太明顯,而原先在南北各占一方的兩物種,因人為的活動逐漸向南北各自擴散,外觀相似的牠們是可以藉由身上的花紋、 疣鱗皮瓣及尾部特徵等外部形態做區別。

接著閲讀:蘇花公路的兩爬生物點點名!(下)——蘇花改特輯(三)

所有討論 1
自然保育季刊_96
14 篇文章 ・ 11 位粉絲
自然保育季刊為推廣性刊物,以推廣自然教育為宗旨,收錄相關之資源調查研究、保育政策、經營管理及生態教育等成果,希望傳達自然科普知識並和大家一起關注自然!

0

10
0

文字

分享

0
10
0
太田樹蛙的重新命名—修正電子期刊所衍生不適用的分類作為
自然保育季刊_96
・2021/04/30 ・4724字 ・閱讀時間約 9 分鐘 ・SR值 574 ・九年級

立即填寫問卷,預約【課程開賣早鳥優惠】與送你【問卷專屬折扣碼】!

 

  • 本文轉載自 自然保育季刊 111 期太田樹蛙的重新命名─修正電子期刊所衍生不適用的分類作為
  • 作者 / 王盈涵(國立臺灣大學生態演化所碩士)、蕭郁薇(國立臺灣師範大學生命科學系碩士)、李閣桓(澳洲麥覺理大學博士生)、曾惠芸(國立臺灣大學昆蟲學系助理教授)、林彥博(行政院農業委員會特有生物研究保育中心助理研究員)、小卷翔平(日本岩手醫科大學助理教授)、林思民(國立臺灣師範大學生命科學院教授)

最近這 3 年,臺灣兩棲爬行動物最大的變革, 大概就是「 日本樹蛙」(Buergeria japonica) ( 圖 1 ) 在分類地位上的修正。 過去所認定的日本樹蛙分布廣泛, 從臺灣往東北至琉球群島北端, 甚至跨越了重要的生物地理學屏障—吐噶喇海峽 (Tokara Gap), 而分布到吐噶喇群島 (Tokara Islands)。這麼廣泛的幅員,自然也成為生物地理學家探討物種分布時重要的研究題材。從 1990 年代中期,當時任教於琉球大學的太田英利 (Hidetoshi Ota) 教授、國立自然科學博物館周文豪 (Wen-Hao Chou) 研究員、京都大學松井正文 (Masafumi Matsui) 教授等人,就已經針對日本樹蛙的族群差異進行初步的分析,顯示在整個物種之中存在幾個遺傳上高度分化的類群 (Tominaga et al. 2015)。但由於這些不同地點的日本樹蛙外觀非常近似,叫聲又細碎龐雜,很難從單一的形態或聲音特徵區分牠們的差別。


圖 1:溪樹蛙屬 (Buergeria) 的親緣關係。這棵演化樹是使用粒線體 DNA 細胞色素b (cytochrome b) 序列,採用最大似然法 (maximum likelihood) 所建構。/林思民 製圖。

直到 2017 年,國立臺灣師範大學生命科學系的研究團隊,利用遺傳、形態、聲音、行為四組證據, 將臺灣東部與南部的族群發表為獨立的新種太田樹蛙 (B. otai) (Komaki et al. 2017;Wang et al. 2017) (圖 2)。

圖 2:太田樹蛙 (Buergeria otai sp. nov.) 的模式標本。樣本編號 NMNS 19819,成年雄性個體,存放於國立自然科學博物館。/蕭郁薇 攝影

日本琉球大學與京都大學的團隊,再利用遺傳與形態的差異,將八重山群島與臺灣西北部的族群稱為周氏樹蛙 (B. choui) (Matsui andTominaga 2020)。這兩個物種的名字分別向太田英利教授和甫從科博館退休的周文豪副館長致敬,以感謝他們對東亞島弧兩爬研究的貢獻。

但是分類學上的問題並未因此落幕!2017 年秋,在太田樹蛙的論文刊登的隔週,我們收到國外友人的來信,信中善意的提醒:我們發表的期刊 PLOS ONE 是電子期刊,並未刊行紙本,這導致了命名過程的瑕疵。按照過往國際動物命名規約 (International Code of Zoological Nomenclature, ICZN, https://www.iczn.org/) 的規定,新種的命名必須刊行在紙本的期刊上,才算完成正式的「發表」。但是在這個資訊爆炸的網路時代,圖書館已經逐漸取消蒐藏紙本論文;而許多國際期刊也逐漸朝向無紙化的電子期刊邁進。為了因應時代的改變,國際動物命名規約提供了一個解決方案:只要事先在「動物學名銀行」 (ZooBank) 上註冊,宣告命名新種的作為,最後在電子期刊上提供相關的註冊編號,國際動物命名規約就可以承認這個物種的正式發表 (第三章 8.5 條)。

閱信之後心想,我們真的遭遇了一個難以解決的窘境!每個科學家的論文在被接受之前,都必須經過冗長的投稿和退稿過程。我們投稿的論文被前兩份排行更高的紙本期刊婉拒之後,嘗試的第三份期刊就是 PLOS ONE。雖然我們並不是第一次發表新種,也並不是第一次投稿電子期刊,但是這兩個元素的致命組合,就在我們的投稿過程發生了。經過提醒,我們趕緊在 “ZooBank” 上註冊了太田樹蛙,同時去函給 PLOS ONE 的編輯部。依從編輯部的建議,我們在 2018 年 2 月發表了一個補正文件 (correction) 做為補救,把 2017 年未及時附上的註冊編號收錄在文件之中 (Wang et al. 2018)。國際上數個全球性的兩棲類名錄網站,隨即也將太田樹蛙收錄其中,並將新種有效的時間從 2018 年 2 月起算。

然而一波未平,一波又起。正當我們鬆一口氣的時候,馬上又收到幾位分類學者的善意來函:我們做的彌補仍然不完備!這其中又包含了幾派不同的解讀。首先,在正式的命名規約之中,新種的命名必須要伴隨著模式標本的指定、保存、存放地點和鑑別特徵等說明(第四章 16.4 條)。雖然我們 2017 年的論文已經對模式標本進行詳細而完整的描述,但是在 2018 年的補正文獻中,我們沒有再次提及這些重覆的資料。如果把 2017 年的論文主體和 2018 年的論文補正當作是「同一次」的分類作為,兩份文件合起來確實是齊全的。但是如果有些分類學家從嚴認定,把 2017 年和 2018 年當做是「兩次」不同的命名作為,那麼第一次缺了 “ZooBank” 序號,第二次缺了模式標本的詳細說明,兩次的作為都不合法。另有一派的說法則認為:既然國際動物命名規約認為 “ZooBank ID” 必須要在「事前」註冊,那不管再怎麼彌補,這件事情都已經難以回溯。最好乾脆從頭再起爐灶,也就是說,再進行一次新種的描述。

太田樹蛙。/林展蔚 攝

看到這邊,相信諸位讀者已經跟我們一樣,被國際動物命名規約的繁瑣規定沖昏了頭。規約的存在是為了維持學名系統的穩定性,畢竟每一個新種都是分類學家曠時費力的心血結晶,必須受到規約的嚴格保護。但是當碰到新世代的電子期刊制度和百家爭鳴的網路媒體時代,更必須特別注意其中的細節,以避免造成分類上的混亂。雖然這個案例中同時存在著模稜兩可的不同觀點,但我們體會到:當分類學上發生爭議的時候,從嚴認定才是最好的解方。所以,我們勢必得進行第三次的分類作為。

太田樹蛙。/梁彧禎 攝

其中一個方法就是請 PLOS ONE 再出版第二次補正,但是我們仍然沒有把握這個作為是否能成立;第二個釜底抽薪的方法,則是乾脆再重新命名這個新種。如果這次的命名符合所有國際動物命名規約的規定,爾後提及太田樹蛙時,牠引述的文獻就將由本文取代。更多的詳細資料,包含遺傳、形態、叫聲、行為等等資訊,既然在 2017 年的文章之中都已經闡述,那些內容我們就不再重複;但是新種的命名作為,就讓這篇文章重新定義。

以下,我們就宣告命名這個新種。
樹蛙科 Family Rhacophoridae Hoffman, 1932(1858)
溪樹蛙屬 Genus Buergeria Tschudi, 1838
太田樹蛙 新種 (Buergeria otai sp. nov.)

正模標本:

NMNS 19819 ( 圖 3 ),成年雄性個體。採自臺灣屏東縣東港溪流域 (北緯 22.626340,東經 120.643342),2015 年 7 月 14 日由王盈涵、呂嘉偉採集。 以 10% 福馬林固定後移入 75% 酒精,存放於國立自然科學博物館。這隻個體的鳴叫聲亦可在 Wang et al. (2017) 的線上資料中下載。

圖 3:周氏樹蛙 (左四) 與太田樹蛙 (右四) 大腿花紋的比較。太田樹蛙的大腿腹側呈現細碎規則的小白點,通常以大腿基部最密集;而周氏樹蛙則會呈現大片不規則的雲狀斑。本圖均為雄性個體。/阮宇鴻攝、林思民提供

副模標本:

包含 22 隻雄性成蛙與 5 隻雌性成蛙。雄性樣本: NMNS 19815、19817、19822、19824 採集自屏東縣東港溪;NMNS 19825、19831、19833採集自屏東縣楓港溪;NMNS 19856、19859、19865 採集自花蓮縣瑞穗鄉;NMNS 19846、19850、19853 採集自花蓮縣八里灣溪;NMNS 19788、19799、19803 採集自花蓮縣美崙溪;NMNS 19806、19808、19812 採集自宜蘭縣南澳溪;NMNS 19838、19840、19844 採集自宜蘭縣蘭陽溪。雌性樣本:NMNS 19867、19868、19869 採集自花蓮縣美崙溪;NMNS 19870、19871 採集自宜蘭縣南澳溪。由王盈涵、李閣桓、林展蔚、呂嘉偉、曾文宣、蕭郁薇、蔡緯毅、李宜龍、林雨昕、沈敬家、陳濠森、林品萱等人共同採集。以 10% 福馬林固定後移入75%酒精,存放於國立自然科學博物館。

命名依據:

本物種的學名 otai 是將太田英利教授(Hidetoshi Ota)的姓氏拉丁化,以表彰太田教授對臺灣以及東亞兩棲爬行動物的研究貢獻。我們建議使用的中文名為「太田樹蛙」,亦可以稱為「太田氏樹蛙」或「太田氏溪樹蛙」。

鑑別特徵:

太田樹蛙是小型的樹蛙科成員,身體纖瘦。雄性成蛙的體長 23.1 ‒ 29.3 mm (平均值 26.57,測量樣本 133 隻);雌性成蛙的體長 29.7 ‒ 37.5 mm (平均值 32.44,測量樣本 3 隻)。背面有輕微的不規則顆粒狀突起,其中在肩胛骨之間的一對短棒狀突起最為明顯。指端與趾端膨大,形成吸盤。前足指尖無蹼,後足趾間部分有蹼。肩胛骨至背部通常有一個 X 形或 H 形的暗色花紋,下頷與腹部灰白色,四肢有深棕色的寬橫紋。大腿腹側有密集規則的小白點,通常集中於大腿基部。

近緣物種的比較:

形態上與太田樹蛙最接近的類群是臺灣北部與南琉球群島的周氏樹蛙,以及琉球群島北部的日本樹蛙。與這兩種近緣樹蛙相比,太田樹蛙的頭部在統計上明顯較大,但是肉眼不易區分。因此,可靠的鑑別方式來自大腿基部的斑點與叫聲訊號。當平貼在透明玻璃或壓克力表面時,可見太田樹蛙的大腿腹側呈現許多大小與形狀規則的小白點。雖然個體之間的白點數目差距甚大,但是原則上會集中在大腿的基部。相較之下,周氏樹蛙的大腿腹側呈現的是不規則的雲狀斑,與太田樹蛙的斑點有明顯的差別 (圖 4)。

圖 4:周氏樹蛙 (左) 與太田樹蛙 (右三) 的聲譜圖。上圖表示聲音的相對強度,下圍表示聲音頻率的分布。太田樹蛙的特有鳴聲帶有明顯的節奏變化與強弱起伏,可與周氏樹蛙規律的叫聲明顯區別。太田樹蛙可發出類似周氏樹蛙的規律叫聲,但周氏樹蛙無法發出太田樹蛙的不規律叫聲。因此,如果在溪流中聽到忽強忽弱的鳴唱,當地的族群即可鑑定為太田樹蛙。/王盈涵 製圖

在聲音訊息上,太田樹蛙、周氏樹蛙及日本樹蛙這三者都會發出定位用的短鳴叫和宣示用的長鳴叫,也導致過去在鑑別上的挑戰。實際上周氏樹蛙和日本樹蛙都只會發一種長鳴聲,這種長鳴聲的速度和強弱都很均勻,乍聽之下類似細碎的蟲鳴 (圖 4)。太田樹蛙則會發出兩種長鳴叫,其中第一種叫聲類似周氏樹蛙與日本樹蛙,但是叫聲的節奏較緩慢。第二種叫聲則富含節奏變化與強弱起伏,經常由一個高強度的單音起始,經過細碎的呢喃之後,又以高強度的單音作收。由於周氏樹蛙不會發出第二種叫聲,因此如果在溪流中聽到忽強忽弱的鳴唱聲,當地的族群即可鑑定為太田樹蛙 (圖 4)。

結語

自從 2017 年首次描述之後,利用次世代定序技術結合基因體的分析,加上行為測試的樣本增加,我們發現太田樹蛙和周氏樹蛙在叫聲上的差異確實會影響到牠們的擇偶條件,進而影響遺傳上的區隔。這些證據證明太田樹蛙和周氏樹蛙確實存在明顯的遺傳與行為分化,而且有許多與性擇相關的行為議題,均值得深入進行研究。然而,依循著過去兩百多年的傳統,從公開的發表 (publication),到成為一個適用名稱 (available), 進而讓牠在分類上正式而有效 (valid),這仍然是物種分類學必須依循的傳統流程。所幸在我們補救的過程中,獲得科博館鄭明倫研究員和海生館何宣慶研究員的大力釜正。我們也感謝多位來自全球的分類學家,包括世界兩爬學界的兩位泰斗 David Wake、松井正文 (Masafumi Matsui),以及Dr. Darrel Frost、富永篤 (Atsushi Tominaga)、江頭幸士郎 (Koshiro Eto)、徐堉峰、顏聖紘等多位熟悉命名規約的教授與先進,先後提供我們寶貴的意見,並耐心等候我們完成正規的命名處理。文章獲得自然保育季刊審查委員詳盡的修改意見,也謹此一併致謝。

太田樹蛙在分類作為上的一波三折,其實是時代交替的過程之中好幾項錯誤同時發生的結果。但既然身為作者,我們就得承認錯誤發生的事實,進而設法改正。除了帶給大家一則茶餘飯後的八卦故事,或者成為分類學課堂上老教授講古時的怪奇案例,我們更希望太田樹蛙曲折離奇的命名過程可以讓大家學會教訓,不要再走上我們歷經的冤枉路。

近年來,分類學受到大眾的忽視,而得到的經費和資源挹注也逐年遞減;但是其中仍然有著博大精深的內涵蘊含其中,絕對不可等閒視之。

自然保育季刊_96
14 篇文章 ・ 11 位粉絲
自然保育季刊為推廣性刊物,以推廣自然教育為宗旨,收錄相關之資源調查研究、保育政策、經營管理及生態教育等成果,希望傳達自然科普知識並和大家一起關注自然!