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離人心上秋意濃,清晨地上蚯蚓多:為何秋天經常有大量蚯蚓出沒?跟地震有關嗎?

YTLai_96
・2017/11/03 ・3189字 ・閱讀時間約 6 分鐘 ・SR值 498 ・六年級

時序進入秋天,氣溫漸漸下降。在台灣的中南部和東部,夜裡微涼的秋意總為清晨帶來滿地的露珠——還有滿地的蚯蚓。

然後就會出現像今天(2017.11.03)這樣的新聞。

蚯蚓亂走,是因為地動山搖?

蚯蚓平常躲在土裡或地表的枯枝落葉腐植層裡,突然大量爬出來經常讓人感覺不祥。如果是下大雨後成群爬出地表,目前推測應該是耗氧量較高的特定種類因為在積水土裡缺氧,或者是要躲避自己趁著大雨大量排出的含氮廢物的緣故;但是如果沒有下什麼雨就有蚯蚓大量爬出,這個現象就經常繪聲繪影的和地震發生連結在一起。

由於日本也是地震的好發國度,因而也有研究人員試圖找到地震和蚯蚓大量爬出到地表之間的關聯。日本學者池谷元伺研究團隊認為地震會造成某些地球物理或化學因子的變化,因此以這些因子測試多種動物,並發現實驗動物的確表現出地震前被目擊的異常行為。例如地震前的地磁和地電流會產生變化,於是利用斷層電磁模式計算出地震產生的電流強度,用這樣的強度刺激養殖箱的蚯蚓,的確導致蚯蚓大量爬出洞穴並產生聚集現象。

除了電磁與電流之外,地震前可能產生的其他土壤變化也可能導致蚯蚓爬出洞穴,例如地下水位上升淹沒蚯蚓的隧道造成如同下大雨後的缺氧、也可能是地底如硫化氫等具刺激性的化學物質分佈改變等。

  • 流言追追追也曾經探討過這個傳聞,但是結果都不支持地震會引起蚯蚓大量爬出。話說回來,選用的蚯蚓都是大量人工養殖、自然狀況下不住在土壤中的表層型,其實又跟地震可能造成的影響更少了點關聯。

不過問題在於,上述這些地球物理或化學因子的變化,並不一定只能由地震產生;而蚯蚓大量爬出到地表的行為,也不只有這些從地層深處啟動的地球物理或化學因子才能觸發,從地表造成的變化如特定頻率的震動、化學物質的滲入沖洗、乃至地面而來的電流,也都能夠讓地下的蚯蚓大量爬出到地表。

既然蚯蚓大量爬出到地表不一定是由地震造成的地層深處變化所引起,目前也沒有證據顯示地震前後或發生當下一定會引發蚯蚓大量爬出至地表,因此,非雨天時蚯蚓大量爬出至地表與地震之間就難以成立因果關係,遑論用來預測地震了。

每年秋天都會出現的蚯蚓大量爬出現象

近年來,由於網路媒體和智慧型手機的興起,人人都能夠及時拍下影片扮演記者的角色,也因此每年總有數起非下雨天蚯蚓大量爬出至地表的網路新聞,而且無論是記者撰稿或民眾受訪,總也有人以擔憂的語氣提及恐怕有地震來襲的可能。

有趣的是,若是回溯過去六十年來台灣地區各家主流報紙,在 1999 年 921 大地震後的這 18 年來,幾乎每年都有數則新聞報導蚯蚓大量爬出至地表的事件,但在 921 大地震之前從未有過任何蚯蚓大量爬出至地表的新聞。與其認定是 921 大地震開啟了台灣地區蚯蚓在非雨天時大量爬出到地表的習性,不如說是因為 921 大地震震得人心惶惶,於是之後只要看見蚯蚓在非雨天時大量出現在地表這種看似異常的現象,就會提心吊膽大肆傳播一番。

19991103 中國時報第二十一版 屏東潮州潮昇國小蚯蚓大量出土。
20011012 聯合報第十七版 台中梧棲文華街人行道遍布蚯蚓。
20060530 聯合報 C4 版 蚯蚓雨後趴趴走 雲林縣虎尾鎮惠來里。
20101023 聯合報 B2 版 南投竹山竄出蚯蚓群爬滿路上。

更妙的是,若分析過去這些蚯蚓大量爬出至地表的報導,其中提到的地點和時間分佈很顯然的都與地震無關。

以發生地點來看,這些報導中的事件地點絕大多數集中在台灣中部、南部與東部,北部與東北部地區、尤其是地震頻繁發生的宜蘭地區反而少有報導。以發生月份來看,這些報導中的事件發生月份則是集中在十月和十一月,這兩個月份的累積次數分別高達 22 次和 15 次,近幾年的網路新聞影片也可以看到一致的發生月份傾向。

相較之下,其他發生月份累積次數皆各不超過 5 次,此外還有六個月份從未有蚯蚓大量爬出至地表的事件發生。這樣在月份上如此不平均的分佈樣態,合理推測應該和隨機發生的地震無關,而和季節和天氣狀態息息相關。

921 大地震至今的新聞報導中,非雨天時蚯蚓大量爬出至地表的發生地點分佈圖。
921 大地震至今的新聞報導中,非雨天時蚯蚓大量爬出至地表的發生月份分佈圖。

此外,根據過去的研究與近年來的幾次調查,這些非雨天時大量爬出至地表的蚯蚓種類都是同一種蚯蚓——土後腔環蚓,而非多種不同蚯蚓的集合。若是與地震相關,照理說應該會影響整個區域的所有蚯蚓種類,而非僅僅影響特定種類的蚯蚓。

正巧,土後腔環蚓在台灣的分佈也是以中南部和東部為主,北部相對的就比較少見,這也和蚯蚓大量爬出到地表的地點分佈吻合,又加上這類大量爬出至地表的事件幾乎都發生在十月和十一月,因此這樣的行為應屬於土後腔環蚓的特殊習性,解釋起來最合理。

土後腔環蚓 Metaphire posthuma。體色偏深、受驚擾後僵硬蜷曲成團是顯眼的特徵;此外,一對雄孔和前後體節各一對的乳突也是不難觀察的重要鑑定特徵。釣具店販賣的黑蚯蚓多為此種。

土後腔環蚓為何大量出土,早有答案卻無人問津

其實,早在 921 大地震後的數個月,為了平息當時蚯蚓大量爬出事件在震後造成的人心惶惶,特有生物研究中心的兩位研究員就已經在屏東幾個蚯蚓大量爬出的國小收集資料,並在 2002 年發表了研究成果。

他們的研究結果顯示,爬出到地面上的蚯蚓數量和地震的關聯並不顯著,蚯蚓大量爬出的事件也和往後 25 天內的有感地震沒有關聯,因此沒有預測地震的能力。不過,蚯蚓爬出數量倒是和地溫、相對濕度、還有日照時數有明顯相關。當地也有其他的蚯蚓種類,但就是只有土後腔環蚓會這樣大量的爬出到地表,因此應該是土後腔環蚓的特殊習性所致。

根據這樣的研究結果,詳細一點的解釋就是:

土後腔環蚓在夜間活動時可能會探出到地面,若是夜間氣溫偏涼使地溫高於氣溫,再加上氣壓越低、空氣相對濕度越高,則土後腔環蚓越是可能大批到地面活動覓食。

直到太陽升起,空氣相對濕度迅速下降、氣溫上升,土後腔環蚓才會鑽回地下躲藏,如果白天正好是陰天或微雨,那麼回到土裡就更是拖拖拉拉,時間也更晚。在十月與十一月間台灣中南東部開始轉涼時,正巧符合土後腔環蚓夜間爬出至地表活動所偏愛的天氣條件,這樣的習性之下,只要土後腔環蚓躲回地底的時間稍晚了點,清早起床運動的民眾和上課學生目擊蚯蚓大量出現的機會當然大增,「非下雨天蚯蚓大量爬出到地表」的事件集中在這兩個月份,也就不意外了。

清晨從草地大量爬到人工鋪面上的土後腔環蚓,太陽曬死的屍體又被學生掃回草地上。

所以呢,以後要是在沒下什麼大雨的秋天早晨又看到蚯蚓滿地爬的景象,要記得這跟地震沒什麼關係,如果稍微辨別種類確定都是土後腔環蚓,那就又是這種蚯蚓的正常能量釋放而已。這時候除了呼朋引伴一起賞花賞葉賞蚯蚓之外,還可以行行好幫忙牠們離開人造鋪面回到有植被遮蔭的土壤或草地上,以免被太陽曬乾熱死。畢竟,每星期扶老太太過馬路一次加上國定假日多扶個兩三次,行善積德的樂趣遠不如幫千百小蚯蚓找歸處,你說是不是啊?

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參考資料


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也許永遠無法自稱學者,但總是一直努力學著


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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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