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從優生學到大屠殺 │ 科學史上的今天:07/14

張瑞棋_96
・2015/07/14 ・1080字 ・閱讀時間約 2 分鐘 ・SR值 558 ・八年級

國小高年級科普文,素養閱讀就從今天就開始!!

1933 年 7 月 14 日,德國內閣通過「遺傳病病患後代防止法」(Law for the Prevention of Hereditarily Diseased Offspring),針對罹患遺傳性疾病並可能遺傳給下一代的病患,強制實施絕育手術。其中包括:天生智障、精神分裂症、躁鬱精神病、遺傳性癲癇、遺傳性杭丁頓舞蹈症、遺傳性眼盲或耳聾、嚴重的遺傳性身體缺陷以及嚴重酗酒者。

雖然這是半年前才接任德國總理的希特勒力推之下,才毫無異議地迅速通過,但法律公布後,社會輿論也沒出現反對的聲浪,似乎公認此乃必要之舉。沒想到高舉優生學大旗的強身健國之路就此歪斜,最後竟演變為種族清洗的大屠殺。

先是當年十一月,妓女與罪犯也被納入絕育手術對象,結果自 1934 年開始實行後,兩年內就有十三萬四千人被迫接受絕育手術。1935 年 10 月進一步規定此等遺傳病病患不得結婚,同年並立法嚴禁猶太人與德國人通婚;1939 年 9 月德國入侵波蘭引爆二次世界大戰後,為了騰出醫療資源給前線受傷的士兵,開始秘密展開「T4 行動」,直接對前述法律所指的遺傳病病患時實施安樂死。沒多久,「T4 行動」擴及所有猶太病人,再來,即使是健康的猶太人也被送入集中營,成為安樂死的對象,六百萬猶太人因此慘遭屠殺。

我們當然可以指責希特勒的喪心病狂,但是納粹實施種族清洗卻是有其歷史脈絡,更值得我們審視與省思。「優生」一詞最早是由英國遺傳學家高頓(Francis Galton)於 1883 年所提出,他過度演繹表哥達爾文的演化論,主張人類可以超越自然演化,透過有計畫的篩選與操控,使人類基因擇優汰劣,形塑更優良的後代。在當時的時代背景下,高頓的主張很快得到各國認同。

十九世紀中期以後,受惠於第二次工業革命的各種發明與技術革新,生活條件大幅改善,造成人口快速成長,而社會底層的人口成長速度尤甚。於是馬爾薩斯「人口論」的糧食短缺預言更令人憂慮,而另一方面,列強在爭奪海外資源時的相互衝突,又加深了提升國力的迫切性,於是在內部與外部的雙重壓力下,優生學成了一帖有效的良藥;在政府與學者的倡導之下,也成為社會共識。

因此,德國國會才會順利通過「遺傳病病患後代防止法」,而德國民眾也認為理所當然。可不要以為德國是個特例,事實上,在此之前,美國與丹麥、瑞士就都通過類似的絕育法案,只不過他們沒出現希特勒這樣集大權於一身的狂人,才沒有演變成安樂死的大屠殺。我們從此事件可知道,被不當詮釋的科學並不科學,必須時時從更長遠、更全面性的角度來思考,才能避免自己為邪惡的共犯。

本文同時收錄於《科學史上的今天:歷史的瞬間,改變世界的起點》,由究竟出版社出版。

文章難易度
張瑞棋_96
423 篇文章 ・ 570 位粉絲
1987年清華大學工業工程系畢業,1992年取得美國西北大學工業工程碩士。浮沉科技業近二十載後,退休賦閒在家,當了中年大叔才開始寫作,成為泛科學專欄作者。著有《科學史上的今天》一書;個人臉書粉絲頁《科學棋談》。

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品種狗狗的行為,有關遺傳,非關品種
寒波_96
・2022/06/08 ・3228字 ・閱讀時間約 6 分鐘

人類培育下,如今狗狗們有眾多「品種(breed)」,它們其實仍然屬於同一個物種,只是體形、外觀等特徵差異明顯。不同狗狗和人一樣有個性差異,屬於同一品種的不同個體,也會有類似的行為、個性嗎?

上述問題需要不少資料與交叉比對的分析,才有機會回答。於 2022 年發表,花費多年搜集材料的論文報告,狗的行為確實與遺傳有關,但是同一品種狗的行為並不一致。例如拉布拉多和拉布拉多不同,邊境牧羊犬和邊境牧羊犬不同,拉布拉多和邊境牧羊犬卻可能相同……[參考資料 1, 2, 3]

飼主各自貢獻資料,以供分析的狗狗們。圖/達爾文方舟(Darwin’s Ark)網站

寵物狗的公民科學

成為馴化動物超過一萬年來,狗狗們千變萬化,過往研究證實很多外貌與型態特徵可以遺傳,例如毛色、體型、藍眼睛。但是對於行為方面的了解比較少,而且想來也更難研究,畢竟行為不像顏色、尺寸那樣能直接識別與量化。

若想釐清狗狗的行為,和遺傳、品種的關係,需要搜集很多品種,每一品種都包括多位個體,以及牠們的基因組定序,再加上大批各種特徵的紀錄,才能獲得比較可靠的答案。

任何研究團隊光靠自己,都不可能取得如此龐大的資料量。研究者們成立「達爾文方舟(Darwin’s Ark)」網站,算是公民科學的應用,邀請許多飼主各自上傳狗狗的資訊,從中進一步分析(大部分參與者應該是美國人和美國狗)。

這項研究採用的資料包括來自 18385 狗的資訊,大約一半是「比較純的品種狗」;又從其中 2155 狗取得遺傳訊息,純種狗、混種狗都有。根據人為定義,全部共有 128 款品種。

大量分析的結果,簡化以後長這樣……意思到惹,不解釋。圖/參考資料 1

個體×遺傳×品種:相關性與相關性

論文做了一大堆統計學分析,基本上是這種關聯性分析、那種關聯性分析、這種關聯性和那種關聯性的關聯性分析,層層疊疊,一定很合統計魔人的胃口。有興趣的讀者請自行觀摩體驗,我只講我的理解。

結合基因體學與關聯性分析,光是原理並不太難。基因組上每個 DNA 位置有 ATCG 四種可能,比方說某個位置,不同個體為 A 或 C,配備 A 的狗都親人、C 的狗都兇兇,那麼便能推測,A 變異與親近人類有所關聯,C 變異的效果相反。

實際狀況卻複雜很多。例如配備 A 的狗有 70% 親人、C 的狗有 55% 兇兇,並非 100% 的狗都有影響。或是同一種行為,涉及多個遺傳變異,例如基因組上有 50 處位置影響親人、30 處影響兇人。反正就是有一大堆可能的組合與關聯性,樣本愈大、分項愈多,需要愈繁複的統計學分析。

要是鑽進論文的分析迷宮,恐怕很容易失掉方向,繞不出來,反而搞不懂問題是什麼,我們直接跳到外面。

另一批大量分析簡化後的結果……讀者們自行品味就好,BJ4。圖/參考資料 1

外貌形態與內在行為,都受遺傳影響

一番分析後得知,不論體型、外觀等外在特徵,或是行為這類內在特徵,都與遺傳相關,只是不同特徵的程度有別,有些相關性非常高,有些沒那麼高。因此狗狗的行為,確實取決於相當的遺傳成分。

假如每款品種狗的個體們,彼此都表現共通的行為,那麼我們應該能看到:某個品種多半都展現某些行為,而不同品種間情慾交流的混血狗,也會獲得不同品種各有比重的行為。

實際上發現,某些行為確實和少數品種的關聯性比較高,但是多數行為似乎不分品種。江湖傳說中的兇狗不見得更容易兇,容易激動的品種也不一定激動。另一方面,不同品種的狗狗,也可能表現類似的行為。

所有狗狗一起考慮,總共偵測到基因組上 11 處位置(以及 136 處沒那麼確定),可能和行為有關。鍵盤分析它們影響的基因,大部分在腦部的表現較高。

還好沒有脫離想像,不然要是影響行為的基因在腸道大量表現,該怎麼解釋?!

人擇結果:以貌取狗,不管內在

上述的分析方式,只能判斷遺傳與表現的關聯性,無法證實因果關係,不過還是能提供有意義的指引。

大量交叉比對得知,與行為有關的遺傳變異,在不同品種間缺乏明確的差異,這大概就是不同品種內,行為缺乏一致性的根本原因。相對地,和外型有關的某些 DNA 變異,在不同品種間差異明顯。

人類與狗相處的歷史超過一萬年,可是絕大部分品種狗的歷史並不久遠。早於 200 年前的狗狗,不是沒有人為選擇培育,卻著重在工作上的狩獵、守衛、駝獸等功能性特色。

要等到 160 年前,也就是 50 到 80 代以前的狗狗開始,人類才大量刻意創造出不同的品種,形成馬爾濟斯、拉布拉多、雪納瑞、貴賓狗、巴哥犬等多采多姿的品種狗。

或許有讀者認為,品種狗的行為之所以缺乏各自的特異性,是由於各品種經歷的時間太短,不足以產生差異,但是這是錯的。因為絕大部分品種狗的歷史雖短,人擇依然已經足以造成明顯的影響,反映在不同品種間,有別的毛色、體型等外觀特徵。

同一批分析指出,行為與型態一樣都可以遺傳,理論上也可以由人擇控制。然而,不同品種的狗狗,行為與個性依然有不少共通性,品種間卻缺乏明顯差異,品種內的不同個體並不一致

根據這些資訊,我們似乎可以這麼說:近兩百年來的品種培育,人類更偏好挑選外在特色,以貌取狗,不那麼在乎狗狗內在的行為。

最後也提醒各位讀者,作為寵物飼養的品種狗,只是如今全世界龐大狗群的一小部分而已。眾多的狗狗們,有些是人類親近的伴侶,還有些順利融入各地的半野生或野生環境。然而,也有不少所謂的流浪狗,成為人類與自然生態系的禍患。養狗要有責任感,不要因衝動而養狗,養了就不要直接棄養。

延伸閱讀

參考資料

  1. Morrill, K., Hekman, J., Li, X., McClure, J., Logan, B., Goodman, L., … & Karlsson, E. K. (2022). Ancestry-inclusive dog genomics challenges popular breed stereotypes. Science, 376(6592)
  2. Your dog’s breed doesn’t determine its personality, study suggests
  3. Massive study of pet dogs shows breed does not predict behaviour

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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馬雅人的祖先,帶著玉米從南方來?
寒波_96
・2022/05/05 ・3645字 ・閱讀時間約 7 分鐘

國小高年級科普文,素養閱讀就從今天就開始!!

「馬雅」是中美洲知名的古代文化,也是如今擁有數百萬人口的一個族群。2022 年問世的論文,由古人遺骸中取得古代 DNA,探討馬雅人的遺傳源流,得知「馬雅人」的形成過程,包括來自其南方與北方的移民。

另一個有趣的議題是,有時候人類遷徙與農業傳播有關,那麼馬雅人的主食:玉米,在這當中有什麼影響呢?

瓜地馬拉在歐洲殖民時期,馬雅人家中的壁畫。圖/The Maya wall paintings from Chajul, Guatemala

在貝里斯考古:到馬雅文化開始以前

古代馬雅文化的分佈地點,位於中美洲的中部,包括如今的 5 個國家:墨西哥、瓜地馬拉、貝里斯、宏都拉斯、薩爾瓦多。取樣地點是貝里斯 2 處遺址 Mayahak Cab Pek(MHCP)和 Saki Tzul(ST),這兒保存的人類活動紀錄,延續超過一萬年。

之前發表的論文根據遺骸中的穩定同位素,判斷居住在這兒的居民,有些人距今 4700 年前開始吃玉米,4000 年前之後玉米成為主食;不過要等到 3000 多年前,才形成使用不少陶器的定居農村。

新論文由死人骨頭取得 DNA,拼湊出 20 位古人的基因組。他們的年代粗略分為兩個時期,比較早的介於距今 7300 到 9600 年之間,比較晚的介於 3700 到 5600 年前之間,中間的時光缺乏資訊。

所謂的馬雅文化,大概能追溯到 4000 年前,稱作前古典期(Preclassic)的開始。所以這回年代最晚,3700 年前的樣本,也只是馬雅文化開始後沒過多久,在此之後缺乏資訊。

遺傳分析的樣本資訊。圖/參考資料 1

由南向北的大量移民

遺傳學分析發現,貝里斯遺址中超過 7300 年前的人彼此較近,可以視為當地最初的血緣。距今 3700 到 5600 年前的人,明顯偏向使用奇布恰語(Chibchan)的族群。

奇布恰語族分佈於中美洲南部、南美洲北部,也就是哥斯大黎加、巴拿馬、哥倫比亞、委內瑞拉等現代國家的疆域,算是馬雅語言使用族群的南邊。

檢視現代的奇布恰族群,遺傳上似乎沒有北邊古早馬雅地區的 DNA 變異特徵。而距今 3700 到 5600 年前的貝里斯古人,估計只有 31% 血緣繼承本地早於 7300 年前的居民,其餘 69% 和奇布恰族群類似。

馬雅、奇布恰語族如今的分佈範圍。圖/參考資料 1

由此推測,距今 7300 年過後,早於 5600 年前(也就是論文取樣缺失的時光),馬雅地區發生過由南向北的情慾流動,不少移民帶來新血緣。但是這個「由南」似乎沒有那麼南,因為更南邊的安地斯,和奇布恰血緣的差異明顯。

這兒的「移民」應該不是大集團移民。這塊地方早於 3000 年前的人數都不多,移動性高;超過 5600 年前的移民,更有可能是少量人群,陸續進入。

種玉米的農夫移民?年代好像不太對

介紹這項研究時,有新聞寫到「由南向北的移民,將 DNA 和升級版玉米帶入馬雅地區,發展穩定生產的農業,奠定隨後馬雅文明的基礎」,但是此一論點有明顯瑕疵。進入馬雅領域的移民,和玉米這項農作物有什麼關係呢?

綜合新的遺傳學、考古學線索,我們知道玉米原產於中美洲的墨西哥,超過 9000 年前便被初步馴化,接著往南傳播。然而,要等到好幾千年以後,南美洲才培育出馴化完全的品系,又往北傳播,融入各地當時半馴化的同類,帶動玉米農業的全面升級。

美洲各地古代與現代基因組的 PCA。3700 到 5600 年前的貝里斯人,比早於 7300 年前同一地點的居民,更接近南方哥斯大黎加的奇布恰人。圖/參考資料 1

2020 年問世的論文調查貝里斯更南方,宏都拉斯 El Gigante 遺址的古代玉米,得知早於 2300 年前某個時候,有人從其南方引進更佳的玉米品系,但是無法判斷到底多早。當地出土最早的玉米距今約 4300 年,而上述貝里斯的 2 處遺址為 4700 年前;據此猜測玉米進入此一區域,不會比這些年代早太多。

而遺傳學證據卻指出,在 5600 年前那個時刻,貝里斯已經明顯存在來自南方的血緣。顯而易見,至少在貝里斯的遺址中,南來移民現蹤的年代比玉米更早。

因此我認為,南來移民和南來玉米是兩回事,較早的移民並沒有直接帶著升級版玉米進入貝里斯,大幅改變當地原本的生產方式;玉米是更晚才引進的,不清楚是否牽涉到人群移動。

馬雅文化古典期,提卡爾中央廣場的神廟。圖/chensiyuan@Commons CC BY-SA 4.0

馬雅文明興起,北方移民加入

古代的繁盛謝幕,受到歐洲人殖民以後,馬雅人並沒有滅團,現在仍然有數百萬人。和超過 3700 年的貝里斯古人相比,現代馬雅人約有 25% 血緣類似其北方,墨西哥高地的族群。由此推論,3700 年前到現代之間,又有由北向南的情慾流動。

「現代馬雅人」的分佈範圍不小,各地可能有點差別。分析中作為現代馬雅人的代表,是貝里斯南部的 Mopan 和 Q’eqchi’ 族群。據台灣頭號馬雅專家​馬雅國駐臺辦事處表示,這兒的馬雅人應該相對更接近墨西哥高地。

貝里斯有人類活動的紀錄超過萬年,不過到了距今 3700 到 5600 年前,只剩下平均 31% 的血緣繼承自本地更早的居民。現代居民的本地最早血緣又降低為 23%,類似南邊的奇布恰族群 52%、類似北邊的墨西哥高地 25%。

馬雅文化的分期。圖/Wikipedia

遺傳學方面,目前 3700 年前過後缺乏樣本。照考古學的分類,古馬雅文化的前古典期始於 4000 年前,公元 250 年(約 1800 年前)進入古典期(Classic),公元 950 年(約 1000 年前)開始後古典期(Postclassic)。所以可以這麼說,整段馬雅文化幾乎都缺乏遺傳樣本,我們不清楚這段期間的變化過程。

馬雅人在古典期邁向興盛,出現提卡爾、帕連克、科潘、卡拉穆等大型城邦。考古學證據指出,古典期的馬雅人明顯受到其北方的文化影響,後古典期也有不少交流。由此推論,近 4000 年內應該有不少其北方,墨西哥高地區的移民加入馬雅世界,可惜缺乏更直接的證據。這段期間應該非常精彩,希望新的研究不要等太久。

如今世界上依然有幾百萬活生生的馬雅人,繼承祖先的血緣與文化,許多人在中美洲生活。千萬不要誤以為他們滅團惹!

貝里斯現代的馬雅人。圖/MAYA PEOPLES OF BELIZE WIN LAWSUIT AGAINST BELIZE GOVERNMENT FOR VIOLATING LAND RIGHTS

延伸閱讀

參考資料

  1. Kennett, D. J., Lipson, M., Prufer, K. M., Mora-Marín, D., George, R. J., Rohland, N., … & Reich, D. (2022). South-to-north migration preceded the advent of intensive farming in the Maya region. Nature communications, 13(1), 1-10.
  2. Ancient migrants carrying maize from south were early Maya ancestors, says study
  3. The Maya—and the maize that sustained them—had surprising southern roots, ancient DNA suggestsMigrants from the south may have helped spread early farming in Central America
  4. Kennett, D. J., Prufer, K. M., Culleton, B. J., George, R. J., Robinson, M., Trask, W. R., … & Gutierrez, S. M. (2020). Early isotopic evidence for maize as a staple grain in the Americas. Science advances, 6(23), eaba3245.
  5. Kistler, L., Maezumi, S. Y., Gregorio de Souza, J., Przelomska, N. A., Malaquias Costa, F., Smith, O., … & Allaby, R. G. (2018). Multiproxy evidence highlights a complex evolutionary legacy of maize in South America. Science, 362(6420), 1309-1313.
  6. Kistler, L., Thakar, H. B., VanDerwarker, A. M., Domic, A., Bergström, A., George, R. J., … & Kennett, D. J. (2020). Archaeological Central American maize genomes suggest ancient gene flow from South America. Proceedings of the National Academy of Sciences, 117(52), 33124-33129.

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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想知道鯨魚健不健康?首先,你需要牠們的「鼻涕」!
Lea Tang
・2022/03/07 ・2203字 ・閱讀時間約 4 分鐘

國小高年級科普文,素養閱讀就從今天就開始!!

為了瞭解鯨豚的健康狀況,科學家們正試圖用更好的方法,來蒐集牠們的鼻涕。

來觀察鯨豚囉!

鯨豚的背鰭,是牠們最容易被人們觀察到的部位,類似於人類的指紋,背鰭是鯨豚的辨識區,可以作為研究人員個體種類辨識上的依據【註1】。然而,若想進一步了解鯨豚的演化史,就不得不仰賴含有 DNA 的活體組織。

不同種類的鯨豚,背鰭都不同。圖/成功海洋環境教室 X ㄈㄈ尺

早期,科學家採集鯨豚活體組織的方式稱作「活體組織切片飛鏢」。如同字面上的意思,他們會向動物投擲飛鏢,獲得牠們的小部分組織作為樣本。但是,這種光用聽的就很痛的方式,不僅會讓鯨豚對研究船隻感到畏懼,更會使得牠們在水中生活時,成為傷口感染的高風險群。

值得高興的是,隨著科技進步,現在科學家已有了新的採集方式。這回,他們自製非侵入性的工具,而且決定改成採集「鼻涕」。

此鼻涕非彼鼻涕

說到鼻涕,我們容易聯想到感冒生病時,從鼻孔裡流出來的東西,不過這裡所提到的「鼻涕」,和那個可不一樣。鯨魚呼氣時所吐出的黏液並非來自呼吸孔,而是來自肺部【註2】。

當鯨豚換氣時,會以相當大的力道呼氣,進而向空中發射鼻涕。有趣的是,不同種類的鯨魚也有不同的吐氣型態。圖/north-atlantic-society.com

藉由蒐集鯨豚呼吸孔吐出的氣,可以得到許多關於牠們的資訊——包含肺表面活性物質(一種蛋白質和脂質的混和物)、呼吸液與肺細胞。同時,這些樣本也可以用來檢測疾病以及皮質醇【註3】、孕酮【註4】等荷爾蒙,幫助研究者知道一頭鯨魚是否染病,甚至可以知道雌鯨是否有孕。

不過,鯨豚的鼻涕藥怎麼蒐集呢?接下來讓我們一起來看看方法。

鼻涕機器人登場

隨著 DNA 提取技術的進步,研究員們從 2010 年起便開始使用新的工具採集。一但在海面上觀察到鯨魚蹤跡,他們便驅船前往,伸出長長的的竿子,利用末端的培養皿來收集鼻涕。

最初,蒐集樣本的工具是一種培養皿與竿子的組合。圖/bbc.com

另一種進階版的工具稱作「鼻涕機器人」(The Parley Snotbot),由無人機和培養皿所組成。鯨魚換氣時,機器人會從後方靠近鯨身,讓鯨魚的鼻涕因慣性往後落在無人機上的培養皿中。

不過以上兩種方法通常用來蒐集座頭鯨等大型鯨魚的 DNA,對於體積、肺部容積較小的海豚則不易達成【註5】。

鯨魚躍升時,鼻涕機器人會迅速在牠後上方 standby,在不驚擾與傷害對方的狀況下蒐集鼻涕。圖/howstuffworks.com

鯨魚鼻涕在遺傳學上的貢獻

至於我們能不能利用鼻涕檢體來進行遺傳學相關的研究呢?答案是可行的。儘管小型鯨豚的鼻涕提取比預期中困難,科學家仍然能從樣本中回收一些粒線體 DNA。

正在分析的鼻涕樣本。圖/bbc.com

他們嘗試以聚丙烯製成的管子倒置在水族館豢養的海豚氣孔上,以得到每隻海豚體內的粒腺體 DNA 和微衛星 DNA ,收集到比野外樣本更加豐富的數據。此外,科學家也發現,從海豚鼻涕中獲得的 DNA 圖譜與從血液中取得的 DNA 圖譜相符,證明了在研究海豚遺傳學上,使用鼻涕的結果可能和抽血一樣好。

現在,科學家們要克服野外採集樣本量不足的挑戰,以期在未來能結合傳統的照片識別,建立有關海豚種群的遺傳學目錄

【註】

  1. 不同種類的鯨豚會有不同形狀的背鰭。就算是同種,不同個體背鰭上的花紋也都不一樣。
  2. 由於鯨豚僅靠呼吸孔呼吸,呼吸孔的堵塞會使牠們窒息死亡。2016 年,研究員曾發現一條呼吸孔先天畸形的海豚在換氣時用嘴呼吸,但這是目前所知的唯一例外。
  3. 腎上腺皮質激素中的糖皮質激素,可以提高血壓、血糖水平和產生免疫抑制作用,有助身體調節壓力事件。
  4. 屬於孕激素荷爾蒙的一種,與懷孕、胚胎與月經週期有關。
  5. 座頭鯨的體型大,吐息也大,容易被船上的研究員發現。海豚因為個體嬌小,肺部僅有約兩個橄欖球大,因此採樣相對困難:牠們呼出的液氣混和物距離海表過近,常在竿子到達前就被海浪打散。另外,面對來勢洶洶的龐大漁船,牠們往往跑得飛快、「走敢若飛」(tsáu kánn-ná pue),不利採樣進行。

資料來源:

  1. 【鯨豚大小事】鯨豚背鰭說
  2. whales-do-not-catch-colds-but-they-do-get-snotty-blowholes
  3. ‘Dolphin snot’ used to look at health of pod off Gower
  4. Those snot-collecting drones are back, and this time they’re seeking dolphins
  5. The Usefulness of Dolphin Snot
  6. The ‘SnotBot’ Drone Is Making Scientific Research Easier on Whales

討論功能關閉中。

Lea Tang
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徜徉在極北之海的浪漫主義者。 喜歡鯨豚、地科、文學和貓。