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外國學生來台灣研究什麼?中研院國際研究生學程

研之有物│中央研究院_96
・2017/11/26 ・4005字 ・閱讀時間約 8 分鐘 ・SR值 491 ・五年級

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中研院的國際研究生學程

在國際化浪潮下,許多大學畢業生希望到國外留學,開拓眼界、體驗跨國風情,但其實臺灣就有一個彷彿置身國外的學習環境!那就是中研院於 2002 年創立至今的國際研究生學程(Taiwan International Graduate Program, TIGP)。

在 TIGP 學程中,有機會和來自 36 國的外籍同學交流,並使用中研院的尖端儀器。上課討論為全英文授課,師資除了中研院的研究人員,也包含與學程合作的國內各校老師,圖/by 2017-09-12 TIGP Welcome Party

你可能會好奇,為什麼外國人要來臺灣讀這個學程?臺灣人就讀又有何發展?

本文專訪兩位分別來自法國的 Lauriane 、來自德國的劉書凱,聊聊就讀 TIGP 遇到哪些困難和樂趣。另外,中研院周美吟副院長也將分享, TIGP 同學們未來職涯有哪些挑戰與機會。

Lauriane:「我想保護墾丁的珊瑚礁」

Lauriane 笑說:「我原本在法國研究山林生態,來臺灣以前從來沒有潛水過、也沒有看過珊瑚礁。」,圖/by 張語辰。

2014 年進入 TIGP 就讀生物多樣性學程後,指導教授陳昭倫研究員讓 Lauriane 自由選擇研究題目。 Lauriane 的博士論文以墾丁國家公園為研究場域,調查人們各種經濟行為、陸地活動干擾,對海中珊瑚礁生態系造成的影響。

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珊瑚礁被稱為「海洋中的熱帶雨林」,擁有非常高的生物多樣性,也可比擬為人類的城市,每種生物在其中各司其職。

在珊瑚礁城市中,少了任何一種居民,都會對整個生態系產生變化,圖/from 氣候變遷下之珊瑚礁生態系-海洋末日傳說〉,中研院生物多樣性研究中心陳昭倫研究員。

除了生態考量,珊瑚礁也為人類帶來龐大的觀光經濟效益,如何保育珊瑚礁是臺灣正在面對的重要挑戰。

Lauriane 在課餘時間,會扛著各種檢測裝備、帶著潛水裝,跟著同伴一起搭車到墾丁海岸進行田野調查,包含眾多的檢測工作:例如採集海水、海岸線拍照、測量珊瑚礁起伏等等。

Lauriane 正在檢測珊瑚礁,圖/by Lauriane 提供。

進行潛水作業時,會因突如其來的激流而晃動、被海中礁石刮傷,有一次還被海流沖到遙遠的地方。甚至需要在颱風將近或剛走的時候潛水調查,才能了解不同氣候條件下,珊瑚礁生態系的變化。儘管聽來辛苦, Lauriane 覺得臺灣的珊瑚礁非常美,能夠為保護珊瑚礁貢獻一份心力,一切都很值得。

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珊瑚礁城市的居民:小丑魚正置身於海葵的保護,圖/by Lauriane。
珊瑚礁城市的居民:裸鰓類(Nudibranchia),常被簡稱為海蛞蝓,圖/by Lauriane。

以往大家對保育生態系的想法,是把人類視為最大的破壞因素,所以採取禁止人類進入的保育政策。

Lauriane 的想法是:其實人類也應視為生態系的一部分。

因此,除了田野調查, Lauriane 也跟其他實驗室合作,請教墾丁當地居民及遊客,了解大家如何運用墾丁自然資源的經驗與建議。希望能協助找出兼顧當地觀光經濟發展、又能對珊瑚礁保育有益的規範,以免強硬、難以遵守的規定,最後卻無助於任何一方。

Lauriane 也觀察到臺灣的過漁現象(overfishing)非常嚴重,也就是捕撈過度。她說,以臺灣的地形而言,中央山脈佔了大量的面積,可供農業耕作的用地其實並不多,應該要好好保護海洋,因為那也是臺灣賴以為生、相當珍貴的自然資產。

Lauriane:「臺灣城市離大自然非常近!」

在中研院 TIGP 讀書的空閒時間, Lauriane 喜歡到戶外呼吸新鮮空氣。甚至曾經南港山縱走,一路走到象山,這對她而言就是生活的一部分。研究壓力大時也會打橄欖球,藉由運動來放鬆。

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被問到臺灣學生和外籍學生有哪些不同? Lauriane 笑著表示,臺灣學生非常用功,連吃飯時間也都坐在電腦前,邊工作上網、邊吃便當。但她無法,一定要趁用餐時間出去喘口氣、喝杯咖啡,和朋友聊天交換想法後,回來工作精神會更好、也更有效率。

另外,她覺得臺灣的交通太方便了!幾乎每個地方都有大眾交通工具可以到達,想去淡水、陽明山、太魯閣都很方便。「我有時候會帶著潛水裝備,搭火車、跳上公車,就到了北海岸可以潛水。而這車費還不會太貴!」 來自法國的 Lauriane 略感驚奇地說。

Lauriane 潛水時拍攝的海底風景,圖/by Lauriane。

被問到中研院是否為適合做研究的地方,Lauriane 提到,這裡擁有一般大學無法媲美的豐沛資源。研究珊瑚礁生態系,需分析比對不同時間地點採樣的數據,就能使用同棟研究大樓的超級電腦,比起用一般電腦運算,研究流程快上許多。也能借用不同實驗室的儀器設備,甚至想問什麼領域的資訊,這邊就存在各領域的專家,而且非常樂意幫忙。

最後,Lauriane 建議想要申請中研院 TIGP 的學生,一定要慎選研究主題,特別是像她要到戶外進行田野調查的研究生。因為上課時間會跟田野調查時間衝突,需要在選擇題目時就想好如何分配上課、田野調查、寫論文的時程,才能如期完成畢業的目標。

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劉書凱:「我在德國出生,回臺灣挑戰自己」

現正讀於 TIGP 永續化學與科技學程,德籍留學生劉書凱的父母是臺灣人,但從小就移居德國,並接受德國教育。大學時期得知臺灣中研院有 TIGP 國際研究生學程,決定換個學習環境挑戰,並好好練習自己的中文能力。他也小聲地說,到亞洲國家玩,從臺灣也會比較方便。

「我想用在德國培養的想法習慣,結合臺灣這裡的想法習慣,來試試看如何做實驗」劉書凱說,圖/by 張語辰。

劉書凱參與實驗室團隊研究 Carbodicarbenes(同碳雙碳烯),結果發表至化學知名期刊 Journal of the American Chemical Society

被問到能否用白話文說明自己在研究什麼?劉書凱表示,指導教授王朝諺研究員的實驗室是在研究「有機金屬化學」。而自己主要負責尋找有什麼新的化學方法,幫助合成出新的金屬催化物,再給實驗室成員試驗能否產生新的金屬反應、或優化原本的金屬反應。目標是讓化學材料的合成步驟更簡便,減少合成的時間與成本。

剛回臺進入中研院就讀 TIGP 時,劉書凱表示有一點不適應環境,雖然他懂一點中文,但是發現大家講話都飛快到聽不懂。有時候和家人還要講台語,會產生錯亂。

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Learning by doing. 不管中文是講錯講對,直接開始講。

「臺灣人知道我是在外國長大,都蠻願意直接跟我講中文哪裡說錯了」劉書凱說,現在中文也進步到能輕鬆地聊天。另外也提到,中研院的助理們很熱心地幫忙各種事,讓他能夠漸漸適應臺灣生活。但也有他無法適應的挑戰,例如天氣、臺灣開車的方式,還有每次看臺灣新聞也都會搖頭。

劉書凱提到,曾和實驗室老師成員一起烤肉、泡溫泉,但最近這一年很少出去玩,因為自己跟朋友現在都忙著做實驗、準備博士班的口試。「現在已經來這邊第三年,我老闆(指導老師王朝諺研究員)說四年內要畢業,不然要把我踢出去,趕快趕快!」劉書凱笑說。儘管如此,他覺得順其自然,不要給自己過高的期待或壓力,而是按部就班地完成眼前的事情。

周美吟副院長:「TIGP 提供紮實的學術訓練」

中研院周美吟副院長表示,當初設立 TIGP 的目的,是運用中研院不輸給國際、甚至有些還好過國際的儀器和師資,透過學生自己實驗、處理問題、和不同國籍的同學交換想法,培養出獨立思考、研究的能力。

由於全課程皆為英文授課,並且有八成的學生為外籍生,對於想留學國外的臺灣學生,先來中研院熟悉這種國際環境、訓練好基本研究功夫,再出國延伸不同領域也是一種選擇。

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畢業後,除了會拿到該學程合作學校的學位畢業證書,還會獲得中研院的結業證書,目前共有 12 個學位學程,而合作學校共有 10 所。現階段學程多為數理與生科領域,未來將會視產業發展,新增更多的學程,如有跨校合作的機會,也會發展人文領域的學程。

中研院 TIGP 各學程與合作學校系所,圖/from TIGP

有些人會認為,中研院偏重於基礎科學研究,可能工作出路較窄。周美吟副院長說明,到了業界,要解決的不會只有單一面向的問題,有時需要跨領域的知識,有時要和不同團隊合作。如何運用紮實訓練的先備知識、快速切換思維,這是 TIGP 透過課程與實作可以培養的靈活能力。

當然,求學培訓過程需要時時注意產業動向。為此,定期透過就業博覽會與業界人士接觸、到育成中心參訪了解環境。學生們票選想聽台積電張忠謀董事長的演講,也如願邀請到張忠謀先生來分享產業的思維與經驗。

近年政府及業界積極提倡新南向政策,其實歷年來 TIGP 也有許多來自東南亞的同學,帶來了充滿熱情的文化、與各個國家多元的智慧。

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來自不同國家的 TIGP 學生,端午節一起參與划龍舟活動,激起跨文化交流的水花,圖/from 2017-05-30 Dragon Boat Race

玩樂是人之常情,被問到中研院有哪些娛樂活動,周美吟副院長笑著說,中研院就坐落在捷運南港展覽館附近,並且有直達台清交、中央、陽明等大學的免費接駁車,到市區不會太遠。

「我想中研院這裡除了學術研究,也有足夠的生活樂趣可以探索」周美吟副院長說,圖/by 張語辰。

除了不定期有免費的音樂會、電影放映,近年健身運動風氣盛行,院內有設施完善的綜合體育館,不乏切磋心肺與肌耐力的夥伴。還有瑜珈社、潛水社、寶可夢社等,認識志同道合的朋友。在中研院就讀國際研究生學程(TIGP),除了學術交流,也讓興趣成為跨國交流的語言。

參考資料

  1. 中央研究院 TIGP 網站(Taiwan International Graduate Program)

CC 4.0

 

本著作由研之有物製作,以創用CC 姓名標示–非商業性–禁止改作 4.0 國際 授權條款釋出。

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

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文章難易度
研之有物│中央研究院_96
296 篇文章 ・ 3621 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

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臺灣原子與分子科學研究所創立的幕後功臣:張昭鼎——專訪中研院原分所陳貴賢研究員
研之有物│中央研究院_96
・2023/08/26 ・4364字 ・閱讀時間約 9 分鐘

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本文轉載自中央研究院「研之有物」,為「中研院廣告」

  • 採訪撰文|簡克志
  • 責任編輯|簡克志
  • 美術設計|蔡宛潔

中研院原分所的推手

中央研究院原子與分子科學研究所(簡稱原分所),是國內原子科學的研究重鎮,位處於臺灣大學學區,研究領域涉及表面科學、尖端材料、原子/分子與光學、化學動態學以及生物物理。原分所第一任的籌備處主任為張昭鼎先生,他的思維與待人接物的方式,深深影響了現在的原分所。中研院「研之有物」於 2023 年 4 月專訪原分所所長陳貴賢特聘研究員,一起從他的角度認識這位謙和又有遠見的科學家。

在研之有物團隊與張昭鼎紀念基金會人員到訪時,陳貴賢相當熱情地介紹原分所沿革以及張昭鼎的為人處世。圖|研之有物

當天是個晴朗和煦的午後,研之有物團隊和張昭鼎基金會的工作人員,來到位於臺灣大學的中研院原分所,準備拜訪陳貴賢所長。原分所位於臺大校園中心,旁邊就是醉月湖,研究所建築外觀換新之後,以典雅新穎的紅磚色拱形亮相。甫進辦公室,充滿活力的陳貴賢,看起來已經準備好和我們分享關於原分所和張昭鼎先生的故事。

原分所建立初衷

原分所成立於 1982 年,由張昭鼎擔任第一任籌備處主任(1982~1993),現任所長是陳貴賢,擔任所長已將近 7 年(2016~2023),並即將在今年 7 月 15 日交接所長職位給魏金明合聘特聘研究員。當我們問到原分所一開始是如何成立的?陳貴賢提到,原分所是當時海外學者李遠哲與浦大邦開始的構想,希望幫助臺灣發展原子與分子科學、同步輻射科學兩大領域,以跟進國際科學的研究步調。

為了和政府提出建言,李遠哲等學者邀請了全世界知名的科學家一起討論,包含吳健雄以及她的先生袁家騮,他們當時還回臺灣做了好幾場演講。經過持續的溝通與交流,最後終於事成,浦大邦主要負責同步輻射(中心落腳於新竹清華大學旁),而李遠哲就是想辦法建立原分所。

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由於李遠哲當時人在美國柏克萊大學化學系任職,他迫切需要一位信任的人在臺灣幫忙。因此,他找了在學時期認識的臺大學長張昭鼎,請他負責籌備原分所,張昭鼎當時已經是臺灣無機合成化學的先驅。陳貴賢回憶道「張昭鼎是一位格局很大的人,也可以理解基層的需求」。

成立一個所並不簡單,有很多眉角要處理,比如選址就是大問題。李遠哲希望能夠促進中研院和學校之間的合作,讓年輕學生也能參與研究,最終選址於臺灣大學正中央,原分所就此成立。「對有志於科學的年輕人是非常大的福氣」,陳貴賢說。

1982 年原分所籌備初期的建築工地,照片中李遠哲(右 1)、張昭鼎(右 2)與李崇道(右 3)正在討論。圖|陳貴賢

原分所在做什麼?新興材料的研究重鎮!

話說回來,原子與分子科學研究所是研究什麼呢?看起來不是一般的物理、化學、機械等數理學術機構。陳貴賢在訪談中笑著說,「所有的物質都是原子組成的,兩個原子結合在一起就變成分子,分子繼續疊在一起就會形成固態、氣態或液態的物質。」原分所是在研究原子相關的物質科學,但陳貴賢強調,原子內還有各種基本粒子,例如質子、中子或夸克等,研究這些基本粒子屬於高能物理,不屬於原分所的研究範疇。

舉例來說,原分所的研究有大家很熟悉的半導體,以及稱為「表面科學」的重要領域。陳貴賢說,很多化學反應都會發生在物質表面,尤其太陽光如何和表面原子互動相當值得探討,他的實驗室就有研究如何透過光催化材料來進行人工光合作用。

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原分所另一個重要領域是「化學反應動態學」。陳貴賢提到,過去李遠哲回臺灣時,就有從柏克萊帶回珍貴的交叉分子束設備。設備的噴嘴會噴出兩束不同的分子束,讓分子束交叉碰撞之後,觀察化學反應的動態機制。「了解化學反應怎麼發生,才有可能對它進一步控制」,陳貴賢道,他以燃燒反應為例,如何讓燃燒反應更完全、減少污染物的產生就是個大學問。

此外,陳貴賢還分享了另外兩個重要領域「尖端材料」和「生物物理」,尖端材料例如能源材料,有太陽能材料或是熱電材料等,讓未來能源發展有更多機會。生物物理例如研究生物影像的分析方法,發展各種創新的顯微技術。

原分所發展至今,即使張昭鼎在 1993 年 4 月離世,仍受到他的處世之道影響。陳貴賢回憶道,當時 1993 年元月份來到原分所,在開始長期的學術生涯之前,曾仔細瞭解張昭鼎的事跡及為人,發現他很重視基層人才,願意給年輕人機會,甚至幫忙找資源。

隨著不同的所長接任,原分所的制度和規範逐漸完善,在林聖賢、劉國平、王玉麟、及周美吟等所長的努力下,原分所逐漸進入穩定發展的狀態。王玉麟擔任所長期間為了紀念張昭鼎,在 4 樓的會議廳就命名為「張昭鼎紀念講堂」。

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張昭鼎紀念講堂。圖|研之有物

搶救《科學月刊》,致力於科學教育傳播

除了成立原分所之外,張昭鼎的另一項重要貢獻是《科學月刊》。《科學月刊》是臺灣本土力量孕育而生的科學雜誌,自 1970 年創刊營運到現在,是珍貴的科學傳播刊物,對於臺灣科學界的人才培養和學術交流都有好的影響。

關於《科學月刊》對臺灣早期科學界的重要性,陳貴賢說:「你做的科學研究不只是要在國際上發表成果,你甚至希望可以扎根,讓更多下一代的人可以對科學有興趣。在那個時代我想《科學月刊》幾乎是唯一的選擇。」

張昭鼎是《科學月刊》在位最久的董事長(1973~1993),1970 年代初期是《科學月刊》早年財務最艱困的時候,甚至在 1975 年內部曾經有停刊的想法,而張昭鼎與董事會最後的決策是:保留《科學月刊》,圖書業務則交由他人負責經銷。這個決定影響深遠,讓《科學月刊》度過困難的 1970 年代。

張昭鼎(左)與李遠哲(右)合影,《科學月刊》創刊 20 周年紀念餐會。圖|張昭鼎紀念基金會

然而,張昭鼎在 1993 年不幸過世。他的離世對好友李遠哲來說是巨大的衝擊。陳貴賢提到,李遠哲曾在懷念故友文章寫道「或許真的是已到了我該回家鄉的時候了」。很多人起初以為他只是暫時回臺灣,沒想到李遠哲真的一直留在臺灣,為原分所、中研院學術界以及臺灣社會持續付出。

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張昭鼎離世之後,次年張昭鼎紀念基金會隨之成立。基金會繼承張昭鼎的精神,積極推廣科學教育,在李遠哲院士倡議之下,2011 年基金會首度舉辦了「居禮夫人高中化學營」(今為瑪麗居禮科學營)。瑪麗居禮科學營的招生對象,主要是對數理化學有興趣的高中學生,在四天的營隊活動,邀請重要學者做專題演講,特別精心設計分組實驗實作,讓學員對科學研究有親身體驗。

陳貴賢分享,原本營隊主要籌備是清華大學,後來張昭鼎基金會董事希望在中研院、臺灣師範大學以及張昭鼎紀念基金會的努力下,將營隊活動轉移到臺北。感念張昭鼎對原分所的貢獻,陳貴賢沒有第二句話,全力幫忙。從 2020 年開始,瑪麗居禮科學營就順利在臺北舉辦至今。

入世的科學家——張昭鼎

在原分所服務多年的陳貴賢,雖然和張昭鼎真正相處時間很短,但對張昭鼎的為人處世印象相當深刻。陳貴賢認為,張昭鼎之所以能體會基層的需求,正是因為吃過苦,他出身於困苦家庭,小時候幾乎都在戰亂中度過;而從小得知母親與「鴨母王」朱一貴的血緣牽連,也時刻提醒張昭鼎保持不隨波逐流的反叛思維。

陳貴賢:「他不是關在象牙塔裡面的科學家,他是一個入世的、對社會關懷很深的一個人。」

不僅在學術界有影響力,張昭鼎也在社會廣泛交友,認識許多執政黨與在野黨的人,並與他們建立友誼。陳貴賢提到,這也是當初李遠哲邀請張昭鼎擔任原分所籌備處主任的原因,看重他的人脈和社會參與能力。

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張昭鼎(右)是李遠哲(左)最敬愛的朋友,人脈相當廣。圖|陳貴賢

除了人脈廣,張昭鼎也力求資源妥善利用。陳貴賢說,之前一位芝加哥大學畢業的同仁曾經回憶,當年張昭鼎到芝加哥去招聘人才的時候,他住的旅館是 YMCA 青年旅館!其實原分所在籌備階段經費是相對充裕的,但是張昭鼎堅持不浪費,將人民的稅金用在最需要的設備添購上。「他的堅持令人敬佩」,陳貴賢說道。

陳貴賢接著回憶,在籌建原分所期間,張昭鼎與行政體系常有意見相左的情況,因為行政人員認為只有法律允許的才可以做。而張昭鼎則試圖在法律找到合情合理的談判空間,所以他在原分所籌建過程也協助突破許多公務採購障礙,提升政府的服務效率。

陳貴賢認為,張昭鼎是一個跨越族群與階級的行動家。跨越族群的意思是,張昭鼎是閩南人、也是臺灣人,但是他不會因為本省/外省、客家/閩南等不同族群,在社會參與上劃地自限。跨越階級的意思是,他的出身困苦,並不是特權或貴族家庭,所以他是入世的、走出來的人,願意服務於基層,也願意為基層服務。

陳貴賢最後感慨地說,張昭鼎是跨越了不同階級與族群的人,只可惜他離開的早。接著,陳貴賢分享自己曾經隨手寫下的一首臺語歌,在訪談中哼了起來,以紀念張昭鼎先生。

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啦啦啦啦 啦啦啦啦
啦啦啦啦 啦啦啦啦
地瓜落土 才會生湠
等待春天的雨水
新希望

陳貴賢解釋,這首歌的意思是說,地瓜要放進泥土裡面,才會長出新的葉子,並等待春天的雨水到來。當春雨來的時候,就是一個新的世代。人生路途中,有些人留得比較久,有些人走得比較快。像張昭鼎先生雖然不幸離開,但後面會再有新的一代,就像代表臺灣人的地瓜一樣,堅持著地瓜精神,一直延續下去。

陳貴賢認為,張昭鼎是一個跨越族群與階級的行動家。圖|研之有物

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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

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研之有物│中央研究院_96
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在國際化浪潮下,許多大學畢業生希望到國外留學,開拓眼界、體驗跨國風情,但其實臺灣就有一個彷彿置身國外的學習環境!那就是中研院於 2002 年創立至今的國際研究生學程(Taiwan International Graduate Program, TIGP)。

在 TIGP 學程中,有機會和來自 36 國的外籍同學交流,並使用中研院的尖端儀器。上課討論為全英文授課,師資除了中研院的研究人員,也包含與學程合作的國內各校老師,圖/by 2017-09-12 TIGP Welcome Party

你可能會好奇,為什麼外國人要來臺灣讀這個學程?臺灣人就讀又有何發展?

本文專訪兩位分別來自法國的 Lauriane 、來自德國的劉書凱,聊聊就讀 TIGP 遇到哪些困難和樂趣。另外,中研院周美吟副院長也將分享, TIGP 同學們未來職涯有哪些挑戰與機會。

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Lauriane:「我想保護墾丁的珊瑚礁」

Lauriane 笑說:「我原本在法國研究山林生態,來臺灣以前從來沒有潛水過、也沒有看過珊瑚礁。」,圖/by 張語辰。

2014 年進入 TIGP 就讀生物多樣性學程後,指導教授陳昭倫研究員讓 Lauriane 自由選擇研究題目。 Lauriane 的博士論文以墾丁國家公園為研究場域,調查人們各種經濟行為、陸地活動干擾,對海中珊瑚礁生態系造成的影響。

珊瑚礁被稱為「海洋中的熱帶雨林」,擁有非常高的生物多樣性,也可比擬為人類的城市,每種生物在其中各司其職。

在珊瑚礁城市中,少了任何一種居民,都會對整個生態系產生變化,圖/from 氣候變遷下之珊瑚礁生態系-海洋末日傳說〉,中研院生物多樣性研究中心陳昭倫研究員。

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Lauriane 在課餘時間,會扛著各種檢測裝備、帶著潛水裝,跟著同伴一起搭車到墾丁海岸進行田野調查,包含眾多的檢測工作:例如採集海水、海岸線拍照、測量珊瑚礁起伏等等。

Lauriane 正在檢測珊瑚礁,圖/by Lauriane 提供。

進行潛水作業時,會因突如其來的激流而晃動、被海中礁石刮傷,有一次還被海流沖到遙遠的地方。甚至需要在颱風將近或剛走的時候潛水調查,才能了解不同氣候條件下,珊瑚礁生態系的變化。儘管聽來辛苦, Lauriane 覺得臺灣的珊瑚礁非常美,能夠為保護珊瑚礁貢獻一份心力,一切都很值得。

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珊瑚礁城市的居民:裸鰓類(Nudibranchia),常被簡稱為海蛞蝓,圖/by Lauriane。

以往大家對保育生態系的想法,是把人類視為最大的破壞因素,所以採取禁止人類進入的保育政策。

Lauriane 的想法是:其實人類也應視為生態系的一部分。

因此,除了田野調查, Lauriane 也跟其他實驗室合作,請教墾丁當地居民及遊客,了解大家如何運用墾丁自然資源的經驗與建議。希望能協助找出兼顧當地觀光經濟發展、又能對珊瑚礁保育有益的規範,以免強硬、難以遵守的規定,最後卻無助於任何一方。

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Lauriane:「臺灣城市離大自然非常近!」

在中研院 TIGP 讀書的空閒時間, Lauriane 喜歡到戶外呼吸新鮮空氣。甚至曾經南港山縱走,一路走到象山,這對她而言就是生活的一部分。研究壓力大時也會打橄欖球,藉由運動來放鬆。

被問到臺灣學生和外籍學生有哪些不同? Lauriane 笑著表示,臺灣學生非常用功,連吃飯時間也都坐在電腦前,邊工作上網、邊吃便當。但她無法,一定要趁用餐時間出去喘口氣、喝杯咖啡,和朋友聊天交換想法後,回來工作精神會更好、也更有效率。

另外,她覺得臺灣的交通太方便了!幾乎每個地方都有大眾交通工具可以到達,想去淡水、陽明山、太魯閣都很方便。「我有時候會帶著潛水裝備,搭火車、跳上公車,就到了北海岸可以潛水。而這車費還不會太貴!」 來自法國的 Lauriane 略感驚奇地說。

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Lauriane 潛水時拍攝的海底風景,圖/by Lauriane。

被問到中研院是否為適合做研究的地方,Lauriane 提到,這裡擁有一般大學無法媲美的豐沛資源。研究珊瑚礁生態系,需分析比對不同時間地點採樣的數據,就能使用同棟研究大樓的超級電腦,比起用一般電腦運算,研究流程快上許多。也能借用不同實驗室的儀器設備,甚至想問什麼領域的資訊,這邊就存在各領域的專家,而且非常樂意幫忙。

最後,Lauriane 建議想要申請中研院 TIGP 的學生,一定要慎選研究主題,特別是像她要到戶外進行田野調查的研究生。因為上課時間會跟田野調查時間衝突,需要在選擇題目時就想好如何分配上課、田野調查、寫論文的時程,才能如期完成畢業的目標。

劉書凱:「我在德國出生,回臺灣挑戰自己」

現正讀於 TIGP 永續化學與科技學程,德籍留學生劉書凱的父母是臺灣人,但從小就移居德國,並接受德國教育。大學時期得知臺灣中研院有 TIGP 國際研究生學程,決定換個學習環境挑戰,並好好練習自己的中文能力。他也小聲地說,到亞洲國家玩,從臺灣也會比較方便。

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劉書凱參與實驗室團隊研究 Carbodicarbenes(同碳雙碳烯),結果發表至化學知名期刊 Journal of the American Chemical Society

被問到能否用白話文說明自己在研究什麼?劉書凱表示,指導教授王朝諺研究員的實驗室是在研究「有機金屬化學」。而自己主要負責尋找有什麼新的化學方法,幫助合成出新的金屬催化物,再給實驗室成員試驗能否產生新的金屬反應、或優化原本的金屬反應。目標是讓化學材料的合成步驟更簡便,減少合成的時間與成本。

剛回臺進入中研院就讀 TIGP 時,劉書凱表示有一點不適應環境,雖然他懂一點中文,但是發現大家講話都飛快到聽不懂。有時候和家人還要講台語,會產生錯亂。

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Learning by doing. 不管中文是講錯講對,直接開始講。

「臺灣人知道我是在外國長大,都蠻願意直接跟我講中文哪裡說錯了」劉書凱說,現在中文也進步到能輕鬆地聊天。另外也提到,中研院的助理們很熱心地幫忙各種事,讓他能夠漸漸適應臺灣生活。但也有他無法適應的挑戰,例如天氣、臺灣開車的方式,還有每次看臺灣新聞也都會搖頭。

劉書凱提到,曾和實驗室老師成員一起烤肉、泡溫泉,但最近這一年很少出去玩,因為自己跟朋友現在都忙著做實驗、準備博士班的口試。「現在已經來這邊第三年,我老闆(指導老師王朝諺研究員)說四年內要畢業,不然要把我踢出去,趕快趕快!」劉書凱笑說。儘管如此,他覺得順其自然,不要給自己過高的期待或壓力,而是按部就班地完成眼前的事情。

周美吟副院長:「TIGP 提供紮實的學術訓練」

中研院周美吟副院長表示,當初設立 TIGP 的目的,是運用中研院不輸給國際、甚至有些還好過國際的儀器和師資,透過學生自己實驗、處理問題、和不同國籍的同學交換想法,培養出獨立思考、研究的能力。

由於全課程皆為英文授課,並且有八成的學生為外籍生,對於想留學國外的臺灣學生,先來中研院熟悉這種國際環境、訓練好基本研究功夫,再出國延伸不同領域也是一種選擇。

畢業後,除了會拿到該學程合作學校的學位畢業證書,還會獲得中研院的結業證書,目前共有 12 個學位學程,而合作學校共有 10 所。現階段學程多為數理與生科領域,未來將會視產業發展,新增更多的學程,如有跨校合作的機會,也會發展人文領域的學程。

中研院 TIGP 各學程與合作學校系所,圖/from TIGP

有些人會認為,中研院偏重於基礎科學研究,可能工作出路較窄。周美吟副院長說明,到了業界,要解決的不會只有單一面向的問題,有時需要跨領域的知識,有時要和不同團隊合作。如何運用紮實訓練的先備知識、快速切換思維,這是 TIGP 透過課程與實作可以培養的靈活能力。

當然,求學培訓過程需要時時注意產業動向。為此,定期透過就業博覽會與業界人士接觸、到育成中心參訪了解環境。學生們票選想聽台積電張忠謀董事長的演講,也如願邀請到張忠謀先生來分享產業的思維與經驗。

近年政府及業界積極提倡新南向政策,其實歷年來 TIGP 也有許多來自東南亞的同學,帶來了充滿熱情的文化、與各個國家多元的智慧。

來自不同國家的 TIGP 學生,端午節一起參與划龍舟活動,激起跨文化交流的水花,圖/from 2017-05-30 Dragon Boat Race

玩樂是人之常情,被問到中研院有哪些娛樂活動,周美吟副院長笑著說,中研院就坐落在捷運南港展覽館附近,並且有直達台清交、中央、陽明等大學的免費接駁車,到市區不會太遠。

「我想中研院這裡除了學術研究,也有足夠的生活樂趣可以探索」周美吟副院長說,圖/by 張語辰。

除了不定期有免費的音樂會、電影放映,近年健身運動風氣盛行,院內有設施完善的綜合體育館,不乏切磋心肺與肌耐力的夥伴。還有瑜珈社、潛水社、寶可夢社等,認識志同道合的朋友。在中研院就讀國際研究生學程(TIGP),除了學術交流,也讓興趣成為跨國交流的語言。

參考資料

  1. 中央研究院 TIGP 網站(Taiwan International Graduate Program)

CC 4.0

 

本著作由研之有物製作,以創用CC 姓名標示–非商業性–禁止改作 4.0 國際 授權條款釋出。

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

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為了讓地球科學更好,快去下載吧!氣象局把所有珍貴的地震資料都放在那裡了!——臺灣地震與地球物理資料管理系統
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2022/08/22 ・3351字 ・閱讀時間約 6 分鐘

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本文由 交通部氣象局 委託,泛科學企劃執行。

  • 文/陳儀珈

臺灣是全世界地震測站密度最高的地方,然後呢?

臺灣位於歐亞板塊與菲律賓海板塊交界處,古往今來,從 1935 年新竹-臺中地震、1999 年集集大地震到 2016 年的高雄美濃地震,這座島嶼挺過無數次強震的襲擊,更催化出驚人的地震測報實力與研究能量。

自日治時期設置了全臺第一座地震儀至今(2022 年),在 120 多年內,現在的臺灣已經擁有全世界地震測站密度最高的地震觀測網:共超過 700 座測站,平均不到 10 公里就有 1 座,一年平均可偵測到超過 3 萬次的地震!

新竹站的地震儀,可以 24 小時監測並記錄地動情形。圖/地球物理資料管理系統

從預算籌措、技術研發、測站建置、通訊與電力接通、儀器維護到資料處理與信號監控等,每一座地震觀測站的背後,都耗費了無數地球科學家們的心力和血汗,他們辛勤地上山、下海、鑽井、拉線,投入大量的人力、時間和資金,就是為了挖掘更多地球的秘密。

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每一分、每一秒,都有可觀的訊號湧入中央氣象局的儀器,然而,人們到底要怎麼做,才可以讓這些得來不易的寶貴資料發揮最大的效益呢?

中央氣象局的做法是——將它們全、數、公、開!把臺灣地震與地球物理的觀測資料,無償開放給全世界下載使用!

2008 年初試啼聲、2020 年脫胎換骨!

自 2005 年起,中央氣象局地震測報中心開始規劃這個整合型地震相關資料的開放平台計畫,並在 2008 年 8 月正式上線,命名為「地球物理資料管理系統(GDMS)」。

舊版地球物理資料管理系統(GDMS)的網站畫面。圖/截圖自地球物理資料管理系統

可惜的是,當年 GDMS 採取「會員制」,使用者需線上申請,經過審核方可啟用帳號,也限定僅有「國內」的相關學術人員才能成為會員。

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此外,隨著上線時間一長,原系統的功能及資料服務已無法滿足所有使用者的需求,例如資料並未使用國際通用格式、更新不夠即時、儀器參數不完整等等問題。

有鑑於此,中央氣象局和中研院地球所攜手合作,建置了全新一代的「臺灣地震與地球物理資料管理系統(GDMS-2020)」,取消原先僅開放國內學術人員下載的限制,轉型為向全世界開放,所有人都能在此下載地震和地球物理的觀測資料。

新版的 GDMS 也針對資料管理進行全面優化,設計了標準化的流程,讓整體資料典藏變得更穩定更即時,資料品質更有保障。新增的詮釋資料(metadata)也讓使用者得以從原始資料(raw data)分析出更真實的物理量。

走向國際化的地震資料中心!

在地球科學界中,美國 IRIS、歐盟 ORFEUS、日本 NIED 是公認的三大資料服務中心,負責提供即時、高品質的地震與地物資料。

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無論是資料格式,還是系統管理,臺灣的 GDMS 也向這幾個單位看齊,藉由向全球研究人員開放地震與地球物理資料,不僅能夠促進整體地球科學的發展,也讓臺灣在地球科學界的能見度更高,展現我國在地震領域的研究和技術能量。​

現在,無論你是地球科學的學術人員,或是對地球科學研究有熱情的愛好者,只要進入這個網頁註冊帳號,就能取得即時又完整的地震與地球物理資料。​

新一代地球物理資料管理系統(GDMS-2020)的網站畫面。圖/截圖自地球物理資料管理系統

完整性、通用性:最全面、最沒有門檻的研究資料

根據中央氣象局的介紹,GDMS 提供的資料大約分為三個類型:地震資料、地球物理資料,以及儀器的詮釋資料,提供連續的觀測紀錄,擁有資料上的「完整性」。

其中,地震資料來自各式各樣的地震儀,例如短週期地震儀、強震儀、寬頻地震儀、井下地震儀所記錄的震動波形,取樣率每秒 100 點;地球物理資料包含全球導航衛星系統(GNSS)所記錄的地表變形、水位計的地下水位、磁力儀的地磁強度,取樣率每秒 1 點;​詮釋資料則記錄了​儀器管理相關的資訊,包含測站位置、營運歷史、維護紀錄、儀器響應(instrument response)等內容,讓研究人員得到地動訊號真實的物理量,在分析資料的過程中扮演關鍵性的意義。

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臺灣的地震資料,全世界都可以用!​圖/報地震 – 中央氣象局

為了讓研究人員下載地震和地物資料更便利,GDMS 參考了其他國際地震中心的做法,從資料查詢、瀏覽與下載的介面,到符合國際標準的資料格式,具備資料上的「通用性」。

觀測資料的格式如下:

  • 地震波形資料:miniSEED、SAC 和文件檔格式
  • GNSS 資料:RINEX 格式
  • 地磁資料:  IAGA2002 格式
  • 地下水位: 純文字檔​

詮釋資料的格式為:

  • 地震儀:管理上採用 dataless SEED 以及 StationXML 兩種格式,使用上另提供 Poles and Zeros 檔案
  • GNSS、水位計和磁力儀:純文字、試算表或資料表等方式儲存,同時相關資訊亦全部轉入資料庫線上管理。​

即時性、國際性:幾乎即時的更新頻率,開放給全球學術界!

​標榜「即時性」的 GDMS ,更新資料的速度到底有多快?

為了讓研究人員在強震後能夠立刻進行分析,所有地震波形資料會持續開放至此時此刻的前 15 分鐘。而地球物理資料每日產製 1 個檔案,也就是說,今天可以拿到最新的資料是前一天的檔案。

規模超過 6 的地震發生後,GDMS 會自動擷取所有對應的地震波形,在一個小時內放在首頁供所有人瀏覽及下載,避免在地震過後湧入過多的索取而影響網站的服務效能。

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登入新版 GDMS 後可在首頁瀏覽規模 6 以上的地震所自動擷取的地震走時波形,此例為 2022-06-20 M6.0 花蓮地區地震的 TSMIP 加速度波形,橫軸為震央距,縱軸為走時。圖/地球物理資料管理系統

此外,GDMS 也保存了從 1991 年 1 月 1 日至今的「地震目錄」。

由於地震觀測站收到的原始訊號是不停的連續波形,一般研究人員若要進行地震研究,需要耗費極大的人力和時間成本,土法煉鋼地從波形中挑出地震的波形。

地震目錄在 GDMS 網站上所呈現的樣貌。​圖/地球物理資料管理系統

GDMS 所提供的地震目錄,是由地震定位專業的夥伴們,從連續的波形中一一挑選而成,不論是在學術或災害研究上,都是非常珍貴的資料。目前系統中最新的地震目錄可提供到當下的前 1 個月,地震目錄跨越的時間超過 30 年,累積地震數超過 75 萬筆,毫無疑問是地震相關研究的一份瑰寶。

透過中研院梁文宗博士,向全球地震學界宣布新一代的 GDMS 正式啟用!​圖/截圖自 IRIS

為了讓 GDMS 在國際上更有能見度,日前中央氣象局已正式向國際數位地震觀測網聯盟(International Federation of Digital Seismograph Networks,簡稱 FDSN)申請註冊數位物件識別碼(Digital Object Identifier,簡稱 DOI),進一步強化 GDMS 的服務品質。

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未來,GDMS 不會停下進化的腳步,在中央氣象局與中央研究院的合作下,除了測站數量將不斷擴大、進行儀器的汰舊換新,還預計開發一套新儀器維護與參數連動機制,確保觀測資料與詮釋資料的可靠性,並隨時關注和參考使用者的回饋與需求,進行滾動式的修正,持續擴充 GDMS 的功能。

參考資料

  1. ​中央氣象局臺灣地震與地球物理資料管理系統​
  2. Thread: Taiwan CWB Seismological and Geophysical Data is officially OPEN from the new GDMS​
  3. 地震測報中心蕭乃祺、甘志文、莊雅婷。〈建置國際化的地震資料中心〉。
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40 年珊瑚之謎終於揭密——「滿月後的黑暗」是同步產卵的關鍵
研之有物│中央研究院_96
・2022/05/09 ・5967字 ・閱讀時間約 12 分鐘

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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/林承勳、簡克志
  • 美術設計/林洵安、蔡宛潔

解開 40 年珊瑚同步產卵謎團

早在 1980 年代科學家就發現,珊瑚彼此之間很有默契,會在短時間內一起繁殖,附近水域瀰漫大量珊瑚卵,形成令人歎為觀止的壯麗畫面。對於珊瑚同步產卵現象,過去學者推測是受到溫度、潮汐、光線等因素影響,但觸發產卵的關鍵原因一直都沒有被確認。

經過 40 年,在中央研究院生物多樣性研究中心團隊努力下,終於揭開秘密!中研院「研之有物」專訪野澤洋耕副研究員與林哲宏博士後研究員,他們發現珊瑚同步產卵的關鍵就在於日落到月昇的黑暗時間

野澤洋耕的團隊在臺灣綠島進行長期觀察和研究,終於發現珊瑚同步產卵的關鍵因素。珊瑚繁殖季(南臺灣約 4-6 月)滿月過後,日落到月昇之間的黑暗期觸發了珊瑚產卵的條件。圖片為正在產卵的環菊珊瑚。圖/林哲宏

奇怪的知識增加了:原來珊瑚是一群型態差異相當大的動物!

由於珊瑚只能附著在固定位置、無法移動,因此曾被誤認為是植物。而且珊瑚的外觀又很容易誤導民眾,直覺認為一大株珊瑚就是一個生物體。但事實上,大多數的珊瑚其實是一群珊瑚蟲的聚落;只有少數像蕈珊瑚科(Fungiidae)部分種類,才是一隻巨大珊瑚蟲為一株珊瑚個體。

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以造礁珊瑚為例,珊瑚蟲聚落可分成非生物與生物兩個部分:成分為碳酸鈣的珊瑚石是保護殼和居所;覆蓋在珊瑚石上面的就是無數隻活跳跳的珊瑚蟲。

珊瑚蟲被分類在刺絲胞動物門,牠們外觀跟同門的海葵相似,有著圓筒身軀、一個開口,開口周圍分布數隻觸手,觸手上密布著刺絲胞,能捕撈浮游生物來吃。珊瑚蟲另一種食物來源是由互利共生的蟲黃藻提供,蟲黃藻會行光合作用產生養分與氧氣,同時也為白色的珊瑚石、透明的珊瑚蟲帶來繽紛色彩。

造礁珊瑚(又稱石珊瑚)的珊瑚蟲聚落,最初都是從一隻珊瑚蟲開始,透過緩慢持續的生長過程,才逐漸長成我們看到的珊瑚礁。圖/iStock

在海裡看到大大小小的珊瑚,最初都是由一隻體積微小的珊瑚蟲,分裂再分裂而來,珊瑚蟲們不斷進行無性生殖,經年累月分裂出大量個體。為數眾多的珊瑚蟲們世世代代分泌的碳酸鈣逐漸堆積,一直到如城堡般巨大,就形成所謂的「珊瑚礁」。珊瑚礁被科學家們認為是海中的熱帶雨林,提供魚類、甲殼類等生物棲息地與豐富食物、能量。

中研院副研究員野澤洋耕認為,珊瑚是種非常神奇的生物,從原本微小到肉眼無法辨認的一隻珊瑚蟲個體,居然能不停分裂生殖,最後數以億計隻珊瑚蟲群聚成唯一能夠從外太空觀察到的地球生命:大堡礁。

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只是,珊瑚蟲用分裂生殖新增的,是跟上一代基因、外形一模一樣的個體,這類無性生殖無法增加基因多樣性,還會讓族群失去面對環境變動的適應能力。因此珊瑚必須要另外花費時間、能量排精產卵,行有性生殖製造具有嶄新基因的後代。

珊瑚可以透過無性生殖和有性生殖繁衍個體。圖/研之有物(資料來源│Global Foundation for Ocean Exploration

珊瑚也懂投資?雞蛋分籃放與孤注一擲的產卵選擇

不像魚類可以找到配偶後再產卵受精,固定不動的珊瑚只能直接把精卵釋放到海水中。為了克服無法移動的劣勢,牠們會採取同步策略,約好在短時間內一起排出數量驚人的精卵。如此一來就能大大提高精卵濃度來增加受精成功率,即使有掠食者在旁想趁機飽餐一頓,也會頓時眼花撩亂、顧此失彼。

人們眼中珊瑚產卵的美景,同時也是生物為了繁衍而克服大自然困境的努力。

珊瑚同步產卵還能再細分成兩種模式,野澤洋耕指出,珊瑚一年只產卵一次,有些種類偏好分散風險,群體內珊瑚同時產卵,各群體間則是彼此錯開,可能往前往後幾天;另外有些珊瑚則是孤注一擲,約好「全部」一起生。相對來說後者受精機率當然更大,但當天要是碰到暴雨、颱風等天氣因素攪局,該年可能幾乎不會有後代成功生存。

看起來風險很高,只是既然會演化出不同方法,就代表雙方各有優勢。」野澤洋耕解釋地說。但不管是謹慎還是賭性堅強的種類,無法移動、不能彼此溝通的珊瑚,到底是用什麼方法約好一起產卵?自從 1980 年同步產卵現象被發現後,這謎團足足讓世人困惑了 40 年之久。

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七年田野調查資料顯示,關鍵因子藏在月週期裡

從 2010 年開始,野澤洋耕的研究團隊每年都會在珊瑚繁殖季(南臺灣通常是四、五、六月),來到綠島潛水調查。調查期間,團隊每晚下水記錄珊瑚種類、數量與排卵時間,在累積七年的調查資料後,博士後研究員林哲宏發現每一種珊瑚都有明顯的生殖模式。

根據研究團隊現有紀錄,隸屬於繩紋珊瑚科(Merulinidae)的珊瑚是採取分散風險策略,不同群體分批同步產卵。雖然群體間產卵日子錯開,但時程非常固定,都是在「滿月」之後五到八天;綠島還有另一大宗珊瑚,是分在軸孔珊瑚屬(Acropora)下的一些種類,牠們是「全部」約好在同一天產卵,但到底是哪一天,每年觀察到的日期都不太一樣。

「繩紋珊瑚科就是固定在滿月後五到八天產卵;軸孔珊瑚屬也是在滿月後,但毫無規則可言。」林哲宏說。即使如此,兩者都是在滿月後產卵,研究團隊於是鎖定月週期的因子:月光,來進行檢驗。

繩紋珊瑚科 vs 軸孔珊瑚屬。圖/研之有物(資料來源:Wikipedia、iStock)

室內室外重複操作結果都顯示:夜間光源會抑制珊瑚產卵

由於繩紋珊瑚科的環菊珊瑚(Dipsastraea speciosa)在綠島很常見,觀察、樣本取得都很容易,加上生殖時間又有跡可循,團隊就選擇該物種來進行實驗。「將月光遮住後,環菊珊瑚就提早產卵了。」野澤洋耕表示,初步實驗結果意味著滿月後的黑暗,就是通知珊瑚準備產卵的環境訊號

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環菊珊瑚隸屬於繩紋珊瑚科,群體間大量產卵通常發生在滿月之後五到八天。圖/林哲宏

為了避開其他環境因子干擾,實驗首先是在研究室的水缸中進行;接著團隊來到綠島北邊的公館附近,要確認珊瑚不論是在人工環境或自然棲地中,都會因為黑暗籠罩提前產卵。「我們每天都下水,在滿月前三天、前一天,還有滿月後一天幫珊瑚蓋上不透光的鋁箔布或透明布。」林哲宏說。結果符合預期:珊瑚越早被蓋上黑布,就會越快產卵,很規律地在接收到黑暗訊號之後的五到八天大量產卵。

研究團隊在綠島設置實驗觀察環菊珊瑚產卵,人工控制在滿月前三天、前一天和後一天都不照月光,發現珊瑚越早蓋上布,就會越早觸發產卵時機。圖/PNAS

不同光譜的光源,都會有相同的抑制效果

除了照光與否,林哲宏還加入光源光譜與密集度的試驗。因為 2006 年刊登在《Science》期刊的一篇論文指出,珊瑚可能會偵測月光。野澤洋耕提到,論文中說明珊瑚只要照到月光,體內的 cry 基因就會表現,而且 cry 基因對藍光特別有反應。

所以團隊再回到研究室內,用人工光源模擬月光強度,分別給予紅、藍、綠三種不同色光,想確認是否真的如文獻資料敘述,不同光譜光源會給珊瑚帶來不同程度的刺激。但實驗證實,三種色光照下去,珊瑚都一樣不產卵。也就是說,目前蒐集到的線索都指向:黑暗是珊瑚產卵的關鍵

40 年珊瑚之謎,謎底就是日昇與月落之間的黑暗時段

經過一連串抽絲剝繭,終於確認夜間光線會抑制珊瑚產卵。然而團隊想進一步了解,珊瑚於漫漫長夜中只要一瞬間照到光就會被干擾,還是要有多長曝光才能達到抑制效果。因此團隊在實驗室環境中,個別探討了整晚黑暗、整晚照光、前半夜(日落到午夜)照光,還有下半夜(午夜到日出)照光等四種情形。

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結果顯示,下半夜照光跟整晚保持黑暗的組別一樣,珊瑚在五天之後同步排卵;前半夜照光,效果與整晚照光相同,會讓珊瑚延遲生產且產卵同步率下降。「看到這現象,我們推測珊瑚感應光線的受器應該有『營業時間』。」林哲宏笑著說,受器營業時間大概是在日落後到午夜,不過不同珊瑚個體還是存在著些許差異。

答案終於揭曉:以環菊珊瑚來說,只要連續兩個夜晚,於日落後有一小時左右的黑暗時段,就達成同步產卵的要件。這也解釋了珊瑚為什麼都挑在滿月後繁殖,林哲宏指出,因為地球自轉同時月球又繞地球轉的緣故,每天月球升起的時間會延遲約莫 30-70 分鐘[註1]。對照繁殖季四月的月週期,月初時月球升起會落在下午兩點多,之後每天延遲直到滿月,月球才會於日落後升起,而中間的黑暗期就是在告訴珊瑚:可以準備生產了。

選在滿月後生產是有其優勢的,野澤洋耕提醒說,環菊珊瑚產卵適逢黑暗、小潮,昏暗的環境能稍微蒙蔽掠食者目光,加上小潮時海浪沒那麼強,精卵不至於馬上被沖散。

研究團隊經過長年自然觀察以及實驗條件的控制,終於找出珊瑚同步產卵的秘密,關鍵就在繁殖季的滿月日之後的黑暗期。圖1顯示滿月日之前,月光會抑制珊瑚產卵,圖2顯示滿月日之後,日落月昇中間的黑暗期,觸發了珊瑚產卵的條件。圖/PNAS

收到「暗」示後,珊瑚卵需要五天催熟

至於繩紋珊瑚科固定在滿月後五到八天產卵的微觀機制,研究團隊還在努力研究中,有可能與精、卵的成熟機制有關,以下是研究團隊針對觀察現象的推測。

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繩紋珊瑚科是雌雄同體,珊瑚蟲體內先產生精子與尚未成熟的卵子,當珊瑚接收到連續兩天黑暗的刺激,卵子的細胞核就會逐漸往卵細胞邊緣移動。整個過程稱作胚核遷移(germinal vesicle migration, GVM),需要花費五天左右。

胚核遷移完成後,卵細胞核會開始瓦解,耗時約莫三到四個小時,稱作胚核破裂(germinal vesicle breakdown, GVBD),此時卵細胞幾乎已經為受精做好準備。接著,成熟的卵子與精子會被打包在一起,變成叫做「精卵束」的構造。野澤洋耕提到,精卵束被珊瑚排出體外後,會一路浮到水面,畢竟精卵在二維的海面相遇機率要比在三維的水下空間來得大些。

精卵束在水面破裂,釋出的卵子只剩最後一個步驟:擠出細胞內的極體(polar body),就可以跟精子結合了。有趣的是,年輕的卵會優先跟不同珊瑚的精子結合;但時間一長,即使是同一個珊瑚的精子也會接受。「不然再等下去,不是被沖散就是被吃掉,受精機會只會越來越渺茫。」林哲宏補充地說。

成功受精後受精卵會沉到水裡,並發育成一隻具有纖毛、可以自由活動的實囊幼蟲。實囊幼蟲會花好幾天在海底尋尋覓覓,待找到合適的地點,就附著、變態成為再也無法隨意移動的珊瑚蟲。接著珊瑚蟲會不停地分裂、分泌碳酸鈣,長成一株株珊瑚。

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野澤洋耕副研究員解釋目前正在研究中的珊瑚產卵微觀機制。圖/研之有物

奇妙機緣讓多年研究心血登上國際期刊

「說起來實在幸運,原本稿子都投到其他期刊去了。」論文第一作者林哲宏笑著說,前一陣子日本學者高橋俊一來臺灣訪問交流,意外讓這次珊瑚產卵新發現得以刊登在《美國國家科學院院刊》(PNAS)上。

琉球大學教授高橋俊一在中研院停留時,順道拜訪同鄉人野澤洋耕的研究室,閒聊之下發現兩人居然還是大學同學。「大學時我們僅是點頭之交,畢業後再也沒有對方消息了。」野澤洋耕表示,高橋俊一後來在琉球大學進行熱帶生物基因、分子領域研究;自己則是在中研院、綠島兩邊奔走,做珊瑚生態、行為調查,沒想到老同學會偶然在學術圈再度相遇。

在高橋俊一的建議之下,雙方合作將實驗擴展得更加完善。林哲宏提到,高橋提供一些安排實驗、投稿期刊的秘訣,像是在實驗室內與自然環境中重複出相同結果,增加成果的說服力;撰寫論文時盡量保守,只寫已經確定的內容,不要節外生枝;還有花心思修飾文字段落安排,保持耐心與審查委員溝通等等。

巧妙的緣分促成臺日研究團隊跨國合作,也讓野澤洋耕與林哲宏等人多年來勤奮研究的成果有機會能夠被刊登在重量級期刊中,讓珊瑚產卵真相可以得到更多注意。

珊瑚產卵研究需要長時間投入,野澤洋耕副研究員(中)與林哲宏博士後研究員(右)團隊多年研究成果,終於刊登在美國國家科學院院刊(PNAS)。圖/研之有物

艱難的生態研究柳暗花明,組成跨國團隊再出發

回想起當初因為潛水的興趣才選擇珊瑚當作研究主題,經過 20 多年後,野澤洋耕慢慢開始期待自己的研究,能為持續減少的珊瑚族群帶來些貢獻。野澤洋耕提到:「很開心可以在這裡研究,中研院的支持讓我沒有後顧之憂。」

解開環菊珊瑚的同步產卵之謎後,林哲宏接下來要到現任老闆的老同學:高橋俊一在琉球大學的實驗室,展開新的珊瑚研究計畫。而野澤洋耕表示,他還是會繼續協助林哲宏的博士後研究,因為這次主要聚焦在環菊珊瑚,他們還想知道同樣是繩紋珊瑚科的其他種類,是否也是因為黑暗刺激同步產卵;還有軸孔珊瑚滿月後不規律的產卵模式,以及缺乏光照反而不產卵的現象,背後是否有更多秘密。

另外值得一提的是,珊瑚產卵的成果發表後,野澤洋耕收到來自以色列巴伊蘭大學學者 Levy Oren 的來信。Levy Oren 是在紅海研究光害對於當地珊瑚族群的影響,他對這次刊登的研究內容非常感興趣,更期待有機會能合作。原本珊瑚產卵的主題,因為一年只有一次觀察產卵機會,還要天天夜間潛水調查,風險之高、過程之辛苦,讓許多學者望之卻步。如今野澤洋耕與林哲宏等人多年來的堅持有了回報,而且橫跨紅海、綠島、琉球三地的搶救珊瑚大冒險,就在前方等待著他們。

註解

註 1:因為月球繞地球轉的軌道不是正圓,因此每天月亮升起的延遲時間會依照月相時間(新月/滿月)和季節而有所變化,延遲時間大約從 30-70 分鐘不等。

延伸閱讀

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