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認識植物世界的 Pokemon GO:植物標本是這樣製成的

Iyusungu Su
・2019/06/26 ・2462字 ・閱讀時間約 5 分鐘 ・SR值 474 ・五年級

說到標本,大家通常會想到的是泡在福馬林中一罐罐的屍體,或是內臟被掏空骨架內塞滿棉花的動物,也有可能是被釘在保麗龍上的昆蟲。其實,還有另外一種大家比較不熟悉的標本類別。在做植物研究時,為了鑑定物種或是做調查記錄,也經常要將野外採集的樣本帶回來做為材料。但植物也會爛掉,所以我們必須製作植物標本,又稱「臘葉」標本,來長期保存這些重要的研究資源。

我們印象中標本。圖/蘇昱。

為什麼會叫「臘葉」標本呢?不知道大家有沒有吃過臘肉,臘肉的製作過程就是用大量的鹽份讓肉脫水減少水分,使肉類能長期保存。而臘葉標本的製作,顧名思義就是讓植物的葉子與其他組織脫水,以達到長期保存的目的,以下就開始介紹臘葉標本的製作過程吧。

植物臘葉標本。圖/蘇昱。

植物標本的製作流程

1.標本採集

在野外時我們會選擇需要的目標物種做採集,採集時會記錄時間GPS 座標生育地環境植株物候採集者採集編號,並且放入夾鏈袋中保存。而採集時需要注意該植物的狀況,如果是很稀有的植物、蟲蛀、生病或枝條稀疏的植物不會做採集;採集時要用修枝剪在植株上靠近節間較不會影響它生長的地方平整剪下,剪下的枝條至少要20 cm 以上,要包含葉子排列的方式(葉序),且盡量要有花或有果實等辨認特徵;而草本植物則要連根部的完整植株都要採回來。

著高枝剪找植物。圖/蘇昱。

2.放進標本夾

採回來的新鮮植物我們會稍微整理,去掉過多的葉子與一些土壤或附在上面的昆蟲。將植物平整放在報紙上,擺好想定型的「姿勢」,並用報紙或紙板將突出的果實或花周圍墊高避免壓壞,之後就可以用紙板夾住,再用標本夾夾緊了。這樣一來可以用報紙與標本夾把水分吸出來,也可以保持標本平整。

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標本夾。圖/蘇昱。

3.烘乾

烘乾是為了加速標本乾燥的方式,通常我們會將整個標本夾放進溫度約在攝氏50度的烘箱中,烘乾三至四天,使其含水量降低,達到目的。如果沒有烘箱也沒關係,只要每一到兩天更換夾標本的報紙,並將標本放置在通風乾燥處,過一至兩周也可以製作完成臘葉標本。

烘箱內的樣子。圖/蘇昱。

4.上台紙

烘乾完的標本失去水分、也缺乏彈性非常脆弱,必須固定在「台紙」上。台紙就是專門固定標本的紙板,這種紙板不會含有一些酸性化學成分,避免侵蝕與破壞脆弱的植物標本。固定植物的方式有很多種,成本最低但較花時間的方式是一針一線縫上去,但遇到豆科的羽狀複葉就會很崩潰,或者可以用專門的膠帶貼上台紙。完成固定後還必須要貼上標註有物種名字、採集地點、採集者、鑑定者、與其生育環境等備註的標籤紙,才算製作完成。

上到台紙的台灣馬醉木標本。圖/蘇昱。

5.保存

製作好的標本會收藏在標本館裡,那是一間全年恆溫恆濕、且會定期除蟲的地方。標本在那會按照系統分類並且管理與維護,就如同植物的圖書館一樣,我們可以透過索引找到想要找的植物標本,也可以登錄世界標本館資料,讓全世界知道這裡的標本館收藏哪些植物、提供研究者查閱。

對科學研究不可或缺的寶藏:標本

最初會製作標本,是因為大航海時代的探險家與生物學家們到了一個沒有人去過的荒島,要將島上的生物發表與命名,必須要有物種實體的證明。

所以就將動物泡在白蘭地、葡萄酒中,而植物則曬乾帶回自己的國家。而這項行為一直持續到現在在發表新物種時需要附上「模式標本」,作為這個物種的特徵鑑定標準,並且提供後人比對與查閱。

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植物種類非常繁雜與變化多端,那我們要如何知道這兩個是不是同一個物種?很多時候就要用到標本的輔助,去查閱上段提到的模式標本或是其他已經鑑定出來的標本,比對兩者的特徵就可以做植物分類上的依據。

標本上會標示採集的地點,則可以透過這樣的資訊了解該物種的時間與空間分布。例如在日治時期台灣北部有一物種的採集標本與紀錄,但是現在在那附近已經找不到該植物的活體,而進階去討論是什麼樣的變化例如都市開發、環境變遷或物種競爭,造成該物種在這個地區族群消失。

了解植物的物候變化,也是透過標本的資訊紀錄,我們可以知道該物種在幾月的時候開花,幾月的時候結果實,例如有一個植物在二十年前時有10份標本紀錄在三月開花,但現今該物種都是在二月就開花了,可以進階探討為什麼經過二十年開花時間會提早?是溫度變化、土壤變化或是其他種種原因。

總之植物標本提供研究上非常大的幫助,包含植物分類、植物生態等等,是不可或缺且極為重要的研究材料。

大學時最快樂的一段歷程

森林系一定會有的作業是採集、製作標本。印象最深的一次採集是去蘭嶼,同船的其他乘客穿著海灘褲、拖鞋、墨鏡,手裡拿著相機、潛水裝備,而我是穿著雨鞋手拿高枝剪(過海關時還被問了老半天)、標本夾、採集袋,完全是活在平行宇宙的樣子。到蘭嶼後其他人都是玩水看海,只有我們整天往山裡跑,看見很多熱帶季風雨林型的植物與蘭嶼因為島嶼隔離演化出來的「蘭嶼特有種」對於森林系學生來說非常興奮的,這段採集時光可以說是大學時最快樂的一段時間。

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在青青草原拍台灣百合。圖/周齊。

採集植物標本可以讓我們親身體會並仔細觀察台灣植物種類的豐富與多變,並且透過實戰經驗加深對各種植物的認識,包含辨識特徵與認識他的習性等等,帶回來的材料也非常珍貴,可以提供很多科學研究最直接且有力的證據。

蘭嶼民宿壓標本的晚上。圖/吳啟禎。

小小的標本可以帶來這麼大的用處,其實是難以用言語描述的,希望大家可以多往山裡走走,用心且實際去感受台灣森林的魅力吧。

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Iyusungu Su
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一位研究臺灣海拔 3,000m 以上高山植群生態的研究生,研究樣區幾乎都是要重裝走好幾天才能到達,在山上的日子也發現一些高山植物的變化,希望能分享給大家。

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快!還要更快!讓國家級地震警報更好用的「都會區強震預警精進計畫」
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2024/01/21 ・2584字 ・閱讀時間約 5 分鐘

本文由 交通部中央氣象署 委託,泛科學企劃執行。

  • 文/陳儀珈

從地震儀感應到地震的震動,到我們的手機響起國家級警報,大約需要多少時間?

臺灣從 1991 年開始大量增建地震測站;1999 年臺灣爆發了 921 大地震,當時的地震速報系統約在震後 102 秒完成地震定位;2014 年正式對公眾推播強震即時警報;到了 2020 年 4 月,隨著技術不斷革新,當時交通部中央氣象局地震測報中心(以下簡稱為地震中心)僅需 10 秒,就可以發出地震預警訊息!

然而,地震中心並未因此而自滿,而是持續擴建地震觀測網,開發新技術。近年來,地震中心執行前瞻基礎建設 2.0「都會區強震預警精進計畫」,預計讓臺灣的地震預警系統邁入下一個新紀元!

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連上網路吧!用建設與技術,換取獲得地震資料的時間

「都會區強震預警精進計畫」起源於「民生公共物聯網數據應用及產業開展計畫」,該計畫致力於跨部會、跨單位合作,由 11 個執行單位共同策畫,致力於優化我國環境與防災治理,並建置資料開放平台。

看到這裡,或許你還沒反應過來地震預警系統跟物聯網(Internet of Things,IoT)有什麼關係,嘿嘿,那可大有關係啦!

當我們將各種實體物品透過網路連結起來,建立彼此與裝置的通訊後,成為了所謂的物聯網。在我國的地震預警系統中,即是透過將地震儀的資料即時傳輸到聯網系統,並進行運算,實現了對地震活動的即時監測和預警。

地震中心在臺灣架設了 700 多個強震監測站,但能夠和地震中心即時連線的,只有其中 500 個,藉由這項計畫,地震中心將致力增加可連線的強震監測站數量,並優化原有強震監測站的聯網品質。

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在地震中心的評估中,可以連線的強震監測站大約可在 113 年時,從原有的 500 個增加至 600 個,並且更新現有監測站的軟體與硬體設備,藉此提升地震預警系統的效能。

由此可知,倘若地震儀沒有了聯網的功能,我們也形同完全失去了地震預警系統的一切。

把地震儀放到井下後,有什麼好處?

除了加強地震儀的聯網功能外,把地震儀「放到地下」,也是提升地震預警系統效能的關鍵做法。

為什麼要把地震儀放到地底下?用日常生活來比喻的話,就像是買屋子時,要選擇鬧中取靜的社區,才不會讓吵雜的環境影響自己在房間聆聽優美的音樂;看星星時,要選擇光害比較不嚴重的山區,才能看清楚一閃又一閃的美麗星空。

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地表有太多、太多的環境雜訊了,因此當地震儀被安裝在地表時,想要從混亂的「噪音」之中找出關鍵的地震波,就像是在搖滾演唱會裡聽電話一樣困難,無論是電腦或研究人員,都需要花費比較多的時間,才能判讀來自地震的波形。

這些環境雜訊都是從哪裡來的?基本上,只要是你想得到的人為震動,對地震儀來說,都有可能是「噪音」!

當地震儀靠近工地或馬路時,一輛輛大卡車框啷、框啷地經過測站,是噪音;大稻埕夏日節放起絢麗的煙火,隨著煙花在天空上一個一個的炸開,也是噪音;台北捷運行經軌道的摩擦與震動,那也是噪音;有好奇的路人經過測站,推了推踢了下測站時,那也是不可忽視的噪音。

因此,井下地震儀(Borehole seismometer)的主要目的,就是盡量讓地震儀「遠離塵囂」,記錄到更清楚、雜訊更少的地震波!​無論是微震、強震,還是來自遠方的地震,井下地震儀都能提供遠比地表地震儀更高品質的訊號。

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地震中心於 2008 年展開建置井下地震儀觀測站的行動,根據不同測站底下的地質條件,​將井下地震儀放置在深達 30~500 公尺的乾井深處。​除了地震儀外,站房內也會備有資料收錄器、網路傳輸設備、不斷電設備與電池,讓測站可以儲存、傳送資料。

既然井下地震儀這麼強大,為什麼無法大規模建造測站呢?簡單來說,這一切可以歸咎於技術和成本問題。

安裝井下地震儀需要鑽井,然而鑽井的深度、難度均會提高時間、技術與金錢成本,因此,即使井下地震儀的訊號再好,若非有國家建設計畫的支援,也難以大量建置。

人口聚集,震災好嚴重?建立「客製化」的地震預警系統!

臺灣人口主要聚集於西半部,然而此區的震源深度較淺,再加上密集的人口與建築,容易造成相當重大的災害。

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許多都會區的建築老舊且密集,當屋齡超過 50 歲時,它很有可能是在沒有耐震規範的背景下建造而成的的,若是超過 25 年左右的房屋,也有可能不符合最新的耐震規範,並未具備現今標準下足夠的耐震能力。 

延伸閱讀:

在地震界有句名言「地震不會殺人,但建築物會」,因此,若建築物的結構不符合地震規範,地震發生時,在同一面積下越密集的老屋,有可能造成越多的傷亡。

因此,對於發生在都會區的直下型地震,預警時間的要求更高,需求也更迫切。

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地震中心著手於人口密集之都會區開發「客製化」的強震預警系統,目標針對都會區直下型淺層地震,可以在「震後 7 秒內」發布地震警報,將地震預警盲區縮小為 25 公里。

111 年起,地震中心已先後完成大臺北地區、桃園市客製化作業模組,並開始上線測試,當前正致力於臺南市的模組,未來的目標為高雄市與臺中市。

永不停歇的防災宣導行動、地震預警技術研發

地震預警系統僅能在地震來臨時警示民眾避難,無法主動保護民眾的生命安全,若人民沒有搭配正確的防震防災觀念,即使地震警報再快,也無法達到有效的防災效果。

因此除了不斷革新地震預警系統的技術,地震中心也積極投入於地震的宣導活動和教育管道,經營 Facebook 粉絲專頁「報地震 – 中央氣象署」、跨部會舉辦《地震島大冒險》特展、《震守家園 — 民生公共物聯網主題展》,讓民眾了解正確的避難行為與應變作為,充分發揮地震警報的效果。

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此外,雖然地震中心預計於 114 年將都會區的預警費時縮減為 7 秒,研發新技術的腳步不會停止;未來,他們將應用 AI 技術,持續強化地震預警系統的效能,降低地震對臺灣人民的威脅程度,保障你我生命財產安全。

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露兜樹象鼻蟲的身世之考察——分類學家偵探事件簿(四)
蕭昀_96
・2023/12/25 ・3950字 ・閱讀時間約 8 分鐘

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一般大眾或甚至其他領域生物學家們,對於基礎生物分類學家的刻板印象,無非是常常在顯微鏡下進行形態解剖比較來鑑定物種、描述並發表新物種,或者常常東跑西跑去採集標本,頂多是抽取遺傳物質進行 DNA 分析。然而一位稱職的分類學家,為了搞清楚物種學名的分類地位,將整個命名系統修訂成一個穩定並適合大家使用的狀態,往往需要做大量的歷史文獻,造訪各大博物館並進行模式標本考察,其中的繁瑣和複雜程度,往往令人出乎意料。

再讓我們複習一次模式標本是什麼和其重要性?

如果有閱覽過這系列的文章便會很清楚的知道,模式標本是物種發表時的實體存證,是學者對分類地位有疑慮時,用以判別的客觀證據。每個物種都有其模式標本,而每個屬也有其模式物種,是判定該屬別的決定性物種,模式種和模式標本是進行物種與屬別層級的基礎分類研究時,不可或缺的重要資訊。

這個故事的主角是一類來自南亞和東南亞的露兜樹象鼻蟲,本文將講述其模式標本和背後歷史脈絡的考察,以及我們對於分類處理過程的案例分享。

分布於南亞、東南亞的露兜樹象鼻蟲和研究緣起

露兜樹科(Pandanus)為分布於東半球的亞熱帶及熱帶地區的灌木或喬木植物,其中林投(Pandanus tectorius)具有抗風、耐鹽的特性,是常見的海岸防風定砂植物,而俗稱斑蘭葉(pandan)的七葉蘭(Pandanus amaryllifolius),則是東南亞常見的料理與糕點製作材料,而南亞和東南亞的露兜樹上棲息著一群黑色扁平的小型象鼻蟲——露兜樹象鼻蟲(Lyterius)。

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露兜樹是東半球的亞熱帶及熱帶地區的灌木或喬木植物。(攝/B.navez from Wikipedia)
小小扁扁的露兜樹象鼻蟲(Lyterius)是與露兜樹有伴生關係的特別物種。(圖/論文原文)

而故事的緣起可追溯到 2022 年,當時筆者正在澳洲進行博士論文題目「澳洲蘇鐵授粉象鼻蟲的多樣性與演化」的研究,我們意外地發現澳洲的蘇鐵授粉象鼻蟲與東南亞產的露兜樹象鼻蟲親緣關係接近,因此我們便想進一步探究本類群的分類。在我們初步搜索模式標本時,我們驚奇地發現德國象鼻蟲學者延斯・普雷納博士 Dr. Jens Prena 似乎曾經有研究過這類象鼻蟲,出於好奇,我們聯繫了普雷納博士,進而開啟了本類群錯綜複雜的分類歷史考察之旅。

露兜樹象鼻蟲分類研究的現存問題

首先露兜樹象鼻蟲的分類問題分成兩個面向,一個是屬別層級的,而另一個是物種層級的。屬別層級的問題比較簡單,我們發現露兜樹象鼻蟲屬有三個相關的屬別,分別為 Lyterius Schönherr, 1844、Barisoma Motschulsky, 1863 和 Plaxes Pascoe, 1885,根據牠們形態的相似性和地理分布的重疊,我們認為牠們應該被合併成單一屬別,也就是說只要我們確認三個屬別的模式種都是屬於同一個屬別後,那自然我們就能依照優先權原則,把 1863 年發表的 Barisoma 和 1885 年發表的 Plaxes 處理為最早發表的 Lyterius 的同物異名。

但是!分類學研究最困難的就是這個但是!

我們雖然追蹤到 Barisoma Plaxes 的模式種和其模式標本,但是 Lyterius 的模式種問題,卻將這個研究的難度拉向了另一個層面——也就是物種層級的問題。

模式標本來源和流向超級複雜的 Lyterius

Lyterius 這個屬別是由瑞典昆蟲學家卡爾・約翰・舍恩赫爾(Carl Johan Schönherr)於 1844 年所提出,並以 Rhynchaenus musculus Fabricius, 1802,這個 1802 年由丹麥昆蟲學家約翰・克里斯蒂安・法布里丘斯(Johan Christian Fabricius )所發表的種類作為模式物種。他的合作對象瑞典昆蟲學家卡爾・亨利克・博赫曼(Carl Henrik Boheman)也在同一本書中使用了 Lyterius musculus (Fabricius, 1802) 這個學名組合,同時他將德國昆蟲學家弗里德里希・韋伯(Friedrich Weber)在 1802 年所描述的 Curculio abdominalis Weber, 1801 也拉進這個屬別,學名組合變成 Lyterius abdominalis (Weber, 1801) ,並且描述一個菲律賓的新物種 Lyterius instabilis Boheman in Schönherr, 1844 。這其中最為複雜難解的,便是 Lyterius musculus (Fabricius, 1802) 和 Lyterius abdominalis (Weber, 1801) 之間的關係了,因為這兩個物種的模式標本來源,都源自於達戈貝爾特・達爾多夫 Dagobert Karl von Daldorff 這位在俄羅斯出生,擁有德裔血統的丹麥博物學家,在 18 世紀末葉任職丹麥東印度公司時,於 1795 年在蘇門答臘的一次採集。

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除了我們常常聽到的荷蘭、英國東印度公司,丹麥也曾經創立了東印度公司。(攝/Wikipedia)

根據我們對於 19 世紀初期的歐洲甲蟲分類歷史文獻的爬梳,達爾多夫在蘇門答臘的標本被帶回歐洲後,應該至少被他贈與或交換給五位學者或機構,而這五位學者就包含剛剛提到的德國昆蟲學家弗里德里希・韋伯(Friedrich Weber),以及丹麥昆蟲學家約翰・克里斯蒂安・法布里丘斯(Johan Christian Fabricius),這兩位顯然同時對這批標本進行分類學研究。

令人存疑的 Lyterius abdominalisLyterius musculus

因此第一個疑點就是,韋伯和法布里丘斯分別在 1801 年和 1802 年用達爾多夫所採集的同一批蘇門答臘象鼻蟲標本,發表了後來在 1844 年被博赫曼放在同一個屬別的物種 Lyterius abdominalisLyterius musculus,這讓人很難不懷疑,這兩個名字會不會根本就是同一個物種,這在當年資訊不流通、分類研究還很粗淺的年代,是非常容易發生的事情。

而支持這樣想法的關鍵則有二,首先德國昆蟲學家約翰・卡爾・威廉・伊利格(Johann Karl Wilhelm Illiger)其實在 1805 年的著作中,就已經提出這兩個物種是同一個物種的論點了,然而這項分類處理卻被博赫曼在 1844 年的著作中,不明地忽略了。雖然博赫曼不小心遺漏了伊利格的分類處理,他卻也在看過兩種的模式標本後,在他那 1844 年的著作中,提出了兩個物種只不過是同一個物種的雄蟲和雌蟲的猜想,然而因為他手邊就只有兩隻標本,一隻是雄的 Lyterius abdominalis ,一隻是雌的 Lyterius musculus ,因此他無法下這個決定情有可原,而我們如今已經知道露兜樹象鼻蟲有很明顯的雌雄二形性,雄蟲的口喙比較短,且足部的前腳腿節有明顯的突起,博赫曼的猜想不證自明。

總而言之,從上述的歷史文獻爬梳,我們可以從

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  1. 韋伯和法布里丘斯研究的都是同一批蘇門答臘採集的標本
  2. 同時代的伊利格和後來的博赫曼都直接或間接的認為 Lyterius abdominalisLyterius musculus 是同一個物種

來推斷,這兩個種類很有可能是同一個種類!

瑞典昆蟲學家卡爾・亨利克・博赫曼。(攝/Wikipedia)

找不到模式標本啊!

在爬梳大量文獻後,我們同時也造訪歐陸各大標本蒐藏去尋找這些物種的模式標本下落。我們很幸運的在德國基爾的動物學博物館找到兩隻 Lyterius musculus 的總/群模式標本。然而,在尋找 Lyterius abdominalis 模式標本的過程中卻碰了壁,不管是文獻還是實際探訪,幾乎都找不到韋伯收藏的下落,韋伯所發表的模式標本有極大的可能已經遺失了,那要怎麼辦呢?

分類學家的決策

雖然沒辦法找到 Lyterius abdominalis 的模式標本,然而我們從以上的間接證據,可以合理相信 Lyterius abdominalisLyterius musculus 就是同一個物種。為了最適當的處理分類議題,穩定整個分類命名系統。我們使用了一個技術性的分類學處理,首先我們指定了 Lyterius musculus 的選模式標本,並且我們將「這一個」標本,再次的指定為 Lyterius abdominalis 的新模式標本,這個時候,這兩個學名便產生了動物命名法規上所謂的「客觀同物異名(objective synonym)」關係,相較於分類學家自行主觀認定的同物異名(主觀同物異名 subjective synonym ),客觀同物異名指的是用同一個標本發表不同學名的狀況,這樣這兩個名字無庸置疑的是同物異名關係,只有最早被發表的名字有優先權,因此我們的 Lyterius abdominalis (Weber, 1801) 獲得了優先被使用的地位,也成為露兜樹象鼻蟲屬的模式種。經由這一波操作,我們確立了 Lyterius 的模式和包含的物種,也因此我們終於能進一步處理剛剛提到的 BarisomaPlaxes 的同物異名,最後我們可以大聲的說:露兜樹象鼻蟲屬的學名是 Lyterius Schönherr, 1844 !

番外篇的 Plaxes 模式標本調查

另外一方面,我們在調查 Plaxes 的模式標本時,也發現到其模式種 Plaxes impar Pascoe, 1885 的總/群模式標本散落在英國倫敦自然史博物館、德國柏林自然史博物館、德國德勒斯登森肯堡博物館、義大利熱拿亞自然史博物館、澳洲國立昆蟲館,幾乎涵蓋了半個地球。這些標本可以分為來自婆羅洲砂拉越和蘇門答臘的標本,採自砂拉越的標本無疑是一個獨立的物種,我們也指定砂拉越的總/群模式標本為本種選模式標本。而來自蘇門答臘的標本,無獨有偶地都和 Lyterius abdominalis 是同一個物種,顯然這個物種在蘇門答臘當地是個常見的物種,這又再次加強我們上面提到的,達爾多夫所採集的同一批蘇門答臘象鼻蟲標本應該就只有一種露兜樹象鼻蟲的推測。

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這個研究重新梳理了露兜樹象鼻蟲的分類歷史並考察了歷史文獻和模式標本,最終作出了適宜的分類學處理,為亞洲地區的象鼻蟲研究推進了一步。

  • 本論文日前已經線上刊載於《動物分類群 Zootaxa 》
  • 此文響應 PanSci 「自己的研究自己分享」,以增進眾人對基礎科學研究的了解。

參考資料

  • Prena, J., Hsiao, Y., Oberprieler, R.G. (2023) New combinations and synonymies in the weevil genus Lyterius Schönherr (Coleoptera, Curculionidae), with a conspectus of historical works on Daldorff’s Sumatran beetles. Zootaxa 5380(1): 26-36. https://doi.org/10.11646/zootaxa.5380.1.2
蕭昀_96
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澳洲國立大學生物學研究院博士,在澳洲聯邦科學與工業研究組織國立昆蟲標本館完成博士研究,目前是國立臺灣大學生態學與演化生物學研究所博士後研究員,曾任科博館昆蟲學組蒐藏助理。研究興趣為鞘翅目(甲蟲)系統分類學和古昆蟲學,博士研究主題聚焦在澳洲蘇鐵授粉象鼻蟲的系統分類及演化生物學,其餘研究題目包括菊虎科(Cantharidae)、長扁朽木蟲科(Synchroidae)、擬步總科(Tenebrionoidea)等,不時發現命名新物種,研究論文發表散見於國內外學術期刊 。

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生態方舟出發!起航探索中研院標本館與國家生技研究園區
研之有物│中央研究院_96
・2022/05/27 ・7195字 ・閱讀時間約 14 分鐘

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/田偲妤
  • 美術設計/蔡宛潔

出發!拜訪中研院的自然生物朋友

漫步在中央研究院與鄰近的國家生技研究園區,走著走著瞬間被大自然環繞,只見臺灣藍鵲在樹林間飛翔、紅冠水雞在生態池築巢。蜿蜒而下的四分溪中,臺灣馬口魚、粗首馬口鱲、高體鰟鮍等原生魚種悠游其中。

然而,在這片生機盎然的景象之外,尚有許多生物正待發掘與研究,甚至瀕臨絕種亟需種原保育。為此,院內特別設置生物多樣性研究博物館,典藏上萬件珍貴的動、植物標本。國家生技園區也採取多項生態保育措施,造就多樣的淺山森林生態系。

現在跟著研之有物搭上生態方舟,出發拜訪院內的自然生物朋友吧!

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腳底有肥!一起栽進植物學家的秘密基地

植物標本館劉翠雅經理介紹坪林秋海棠臘葉標本,此為臺灣特有種,僅分布於新北市坪林區。圖/研之有物

你是熱愛植物的「植青」嗎?近年的觀葉植物熱潮讓不少人一頭栽進植物的世界,其中種類眾多、花葉繽紛的秋海棠更是坐擁一票粉絲!中研院內就有一處會讓秋海棠迷陷入瘋狂的秘密基地。

喜歡涼爽濕潤、略為遮蔽且透氣良好環境的秋海棠,非常適合生長在臺灣的低海拔山林。目前臺灣有記錄的秋海棠屬植物共有 18 種,其中 14 種為特有種,物種特有率高達 75% 以上,當中共有 9 種是由中研院彭鏡毅研究團隊發表。已退休的彭鏡毅研究員個人更發表了 105 種秋海棠新種,是國際著名的亞洲秋海棠專家。中研院生物多樣性研究博物館植物標本館,因此蒐藏許多質量兼具的秋海棠標本。

彭鏡毅研究團隊採集溪頭秋海棠。圖/生物多樣性研究博物館植物標本館

每一件臘葉標本都是植物學家翻山越嶺、從大自然中採集到的瑰寶。完整採集的植物需包含根、莖、葉、花、果等部位,新鮮的植物先擺放好展示特徵的姿態,夾在報紙內定形,再用採集夾壓製束緊,並經歷烘乾、冷凍除蟲等前置作業。接著還要查閱植物誌、比對相似標本來鑑定植物種類,並將詳細的採集資訊輸入資料庫。

國內外植物學家使用的標本採集製作工具,由上而下依序為瓦楞紙板、木製採集夾、藤編採集夾。圖/研之有物

處理好的標本需裝訂在「台紙」上,這是一種用棉花纖維製作的特殊用紙,不含酸性且相當堅韌,可維護標本品質與保存壽命。一份標準的臘葉標本通常包含:植物材料、標本標籤、館號、碎片袋。「標本標籤」見證了植物學家們跨時空的資訊更新。我們可從原始標籤上得知最初的採集者、採集時間、植物生長環境等基本資訊。如未來有新的研究成果出爐,其他植物學家可以依序加貼訂正標籤,更新研究資訊、重新為標本定名。

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南臺灣秋海棠臘葉標本。圖/研之有物(來源|生物多樣性研究博物館植物標本館)

此外,黏貼於台紙一角的「碎片袋」則是一個神祕的小空間。打開緊密包裹的封套,製作標本時掉落的花朵、果實、葉片與枝條重見天日,這些植物碎片可提供研究者進行更仔細的觀察、鑑定與分類判定,或做為分子生物實驗的材料。

打開碎片袋,製作標本時掉落的花朵、果實、葉片與枝條重見天日,當中還藏有謎樣的記錄紙片。圖/研之有物

走進植物標本館,一排排巨大的典藏櫃收藏約 14 萬 5 千多件標本,全數依循 APG IV (被子植物親緣樹狀圖)分類系統歸檔。打開標本櫃,一股植物特有的青草香撲鼻而來,每一夾收藏臘葉標本的種套依照採集地點以不同顏色標示。當中包含許多珍貴典藏,例如作為新種發表憑證的模式標本、與英國愛丁堡皇家植物園交換來的百年標本,以及高雄醫學大學捐贈的日治時期島田彌市採集標本。

與英國愛丁堡皇家植物園交換的杜鵑花標本,由著名植物獵人 George Forrest 於 1918 年採集自中國西南部地區。圖/研之有物

翻開一份特別以電子防潮櫃存放的正模式標本,這是彭鏡毅研究員於 1988 年發表的第一個新種秋海棠——岩生秋海棠,採集自嘉義縣竹崎鄉海拔約 500 公尺處的潮濕岩石山坡。岩生秋海棠是臺灣特有種,其特色是細長的走莖及球莖,植株於冬季(旱季)凋萎後,地底富含養分的球莖會進入休眠狀態,等待隔年春季(雨季)復生。

岩生秋海棠正模式標本。圖/生物多樣性研究博物館植物標本館

由於岩生秋海棠喜歡的岩壁棲地多被改建為水泥牆,再加上外來種小花蔓澤蘭的入侵,讓其面臨生存危機,因此植物學家除了保存臘葉標本,也會將活體帶回溫室繁殖。目前中研院的溫室種植了從全球採集與交換、超過 600 種秋海棠,肩負起種原保育工作,也可進行微構造觀察、染色體細胞學、族群遺傳和化學天然物等多元研究。

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中研院溫室種植超過 600 種秋海棠。圖/生物多樣性研究博物館植物標本館

彭鏡毅研究員最常掛在嘴邊的一句話:

腳底有肥(ka-de-wu-bui)

意在勉勵研究人員常在野外、標本館與溫室之間,多多走動、細心觀察、與植物培養感情。這對照顧植物來說是最佳的養分,也彰顯植物學家勤於探索大自然、發掘未知物種的冒險精神!

生物方舟啟航!動物標本館延續物種新生命

動物乾製標本典藏室,薛孟旻經理正在介紹大冠鷲標本。圖/研之有物

走進典藏室,放眼所見,架子上擺滿一罐罐魚類、無脊椎動物標本。拉開櫃子,出現一件件製成棍棒狀的研究用鳥類皮毛標本,還有許多栩栩如生的生態標本。

這裡是中研院生物多樣性研究博物館動物標本館,主要典藏研究人員為了研究而蒐集的憑證標本,包括魚類、鳥類、珊瑚、多毛類、軟體動物、昆蟲、甲殼類、棘皮動物等,也與臺北鳥會等救傷單位合作,將救治失敗的死亡個體製成標本。其中魚類標本近 4 萬件,包含本土魚類 2 千餘種,是國內最完整的魚類標本典藏庫。

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魚類標本典藏庫,黃世彬博士正在介紹大尾虎鯊標本。圖/研之有物

魚類標本的製作依據其用途而不同,最常見的是「浸液標本」,製作方法是先用福馬林固定,讓肌肉不再被微生物消化,也可保有柔軟度,最後浸泡於 75% 酒精內長期保存。之後須定期更換酒精,去除標本滲出的色素與油脂,以維護其最佳狀態。

另一種常見的是「透明染色標本」,其做法是先使用染劑為骨骼染上顏色,硬骨會呈現紅色、軟骨則呈現藍色。隨後再使用酵素將表皮和肌肉組織消化、使之呈現透明狀,最後保存在甘油之中,這樣就能觀察魚類的骨骼形態。

透明染色標本,左為海馬、右為深海魚類線鰻。圖/研之有物

為了教育展示或典藏空間考量,像花斑擬鱗魨(小丑砲彈)等長有硬皮的鱗魨科魚類,剝下的外皮可製成「乾燥標本」,外觀再塗上牠原本的顏色,可供教學展示使用。體型較大的魚有時只會保存其部分身體,例如大型的鯊魚,常見以「骨骼標本」的型式來保存其別具特色的口部,可以觀察到鯊魚具有多排、脫落後可不斷替補的牙齒。

大青鯊的口部骨骼標本。左下嘴角保有魚鉤,用於宣導鯊魚濫捕所造成的生態危機課題。圖/研之有物

典藏庫內還藏有已在臺灣滅絕的珍稀魚類標本,管理魚類標本的黃世彬博士,拿出「中華棘鰍」的浸液標本。早年廣泛分布在臺灣西部低海拔河川的中華棘鰍,因水質污染、棲地破壞等人為因素而絕跡於臺灣這塊土地上。今日典藏在中研院的中華棘鰍標本,是在 1964 年採集,也是國內最後一筆正式的採集紀錄,極為珍貴!

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中研院保存之中華棘鰍標本,是國內已知最後一筆採集紀錄。圖/研之有物

為了保存這些珍稀動物的遺傳物質,供研究人員進行物種鑑定、新種發表、基因體或分子演化研究。標本館收集了各類群野生動物的組織樣本,儲存在溫度介於 -160℃ 至 -196℃ 的大型液態氮儲存槽。看似普通的銀色圓筒卻是攸關物種存續的「冷凍方舟」,目前已儲藏多達 4 千種、1 萬 5 千多件的野生動物遺傳組織樣本。這也是全國最大的野生動物冷凍遺傳物質典藏庫,是極為珍貴的研究資產。

當收集到一件標本,會取一塊肌肉組織保存在儲存管、編列標本號,統一收集在液態氮儲存槽內。這類遺傳組織樣本會保存兩份,一份留在中研院,另一份是複份樣本,送往農委會畜產試驗所種原中心做異地備份。圖/研之有物

標本館除了典藏研究用的模式標本與憑證標本,許多標本背後還藏有一段故事。

走進動物乾製標本典藏室,映入眼簾的是多隻巨大的信天翁標本。漂泊信天翁分布於南太平洋中高緯度海域,憑藉 3 米的巨大翼展動態翱翔,可以耗費很低的能量長距離飛行。信天翁以魷魚、小魚為食,經常跟隨漁船撿拾魚餌、魚雜,因此常誤食魚餌,成為遠洋漁業延繩釣漁法的犧牲品。這些標本由南太平洋進行鮪延繩釣作業的船隻所攜回,由博物館同仁及志工製成標本,用以宣導混獲造成海鳥族群下滑的保育議題,推廣「臺灣鮪延繩釣漁業減少意外捕獲海鳥國家行動計畫」。

漂泊信天翁標本。製作標本時,剝下的毛皮經過浸泡鞣皮劑,讓蛋白質變性,不易遭受蟲蛀。另用硬泡棉製作假體,並在假體與四肢穿入鐵線,形塑出飛行的姿勢。圖/生物多樣性研究中心行政室

此處還藏有許多在中研院拾獲的鳥類標本,管理乾製標本室的薛孟旻經理指著一隻臺灣藍鵲標本,談起當初收治到製成標本的過程。現在很多建築外觀是玻璃帷幕,鳥類常將玻璃反射誤判成森林而撞上,或是在飛行途中被車子撞傷。眼前這隻臺灣藍鵲被發現時翅膀嚴重開放性骨折,救治失敗後最終製成標本,透過研究和展示延續其生命價值。

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臺灣藍鵲標本。圖/生物多樣性研究博物館動物標本館

鳥類的羽毛如同其第二生命,對於研究人員來說也是珍貴的研究資料。從羽毛卡可以觀察頭頂、胸部、翼下覆羽、尾部覆羽等不同部位的羽毛細節。當飛機發生鳥擊事件,難以判斷事故物種時,飛安基金會人員便會帶著羽毛殘骸來比對羽毛卡,正確判斷鳥種有助於制定避免鳥擊事件的措施。

各種鳥類除了羽毛顏色、花紋不同,結構、質感也大不同,例如短耳鴞、領角鴞、黃嘴角鴞等夜行性貓頭鷹,有著如貓毛般細緻柔軟的羽毛,以及飛羽前緣的梳狀構造,讓他們得以在暗夜潛行,無聲無息接近獵物。

羽毛卡,保留鳥類各部位羽毛,用於比對及分類。圖/研之有物

動物的世界還有許多未知等待我們探索,同時,自然棲地的破壞也導致許多生物瀕臨絕種。動物標本館如同一艘生物方舟,持續蒐集各種野生動物標本,肩負起物種紀錄、基因保存、環境教育等重要工作!

【生物多樣性研究博物館——動、植物標本館】

  • 開館時間:週一至週五 9:00-12:00、13:30-16:30,採預約參觀
  • 預約方式:主要開放國內外研究人員使用,不對一般民眾開放。學校單位進行預約,需以正式公文申請參觀。每年中研院「院區開放參觀活動」原則上開放一般民眾參觀。
  • 更多資訊:官方網站

一秒走進大自然!拜訪國家生技研究園區的生物朋友

圖/研之有物

在都市水泥叢林待久了,真想暫時拋下工作、課業,一秒走進大自然。這樣人類與自然共存的願望,就在國家生技研究園區實現了!

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位於四分溪沿岸的國家生技研究園區,現址原為 202 兵工廠火工部,在軍方長期的管制下,保有豐富的動、植物生態,人工開鑿的滯洪池可追溯至 18、19 世紀,為發展農耕而開闢的三重埔埤,如今成為眾多淺山與濕地生物的棲息地。

佔地廣達 25.31 公頃的園區,實際建築面積只有 3.2 公頃,其餘土地留給生態環境,更特別施行多項保育措施,讓臺灣原生物種得以安心生長。園區內的「環境教育中心」便記錄了多年來的復育成果,你可以透過互動壁畫、四維空間劇場、模擬溪流與濕地生態的水族缸,以及藏有各種動物的淺山生態系模型,了解園區多樣的生態、南港在地發展史,以及保護自然環境的方法。現在就跟著我們走進大自然,看看園區住了哪些生物、做了哪些努力吧!

模擬四分溪水域的濕地生態牆。2011 年四分溪沿岸的九如社區主動申請,成為臺北市第一條封溪護魚的溪流,如今可見臺灣馬口魚、粗首馬口鱲、日本絨螯蟹等原生物種。圖/研之有物
淺山森林觀察家展區。「淺山」意指人類在生活中可輕易到達的低海拔山域,當中住著穿山甲、麝香貓、領角鴞、大赤鼯鼠、鳳頭蒼鷹等野生動物。圖/研之有物

園區內有兩處重要的水域,為環境的永續發展注入活水,一處是像臍帶般蜿蜒而下的四分溪;另一處是像心臟般、位於園區中心的生態滯洪池。為了重現古三重埔埤的昔日風光,生態滯洪池特別擴大濕地空間,仿自然地貌設計泥岸、灘地、草澤、陸島等多元棲地。

走近一看,滯洪池邊緣的落差處怎麼垂掛著一條繩子?原來這是協助「日本絨螯蟹」溯溪返家的貼心小物。日本絨螯蟹(俗稱毛蟹)會在秋冬順流而下至半淡鹹水區的河口產卵。翌年春天,長大的年輕毛蟹會逆流而上,回到溪流水域生活。滯洪池邊垂掛的繩子可供毛蟹攀爬,不讓人工地形阻礙返家之旅。

日本絨螯蟹。圖/王星文

此外,這片水域還住著一對超級好麻吉——高體鰟鮍、圓蚌。高體鰟鮍的雄魚會先占據圓蚌以吸引雌魚,雌魚會將產卵管伸入圓蚌的鰓瓣產卵,雄魚隨後排入精子。圓蚌會扮演稱職的保母,保護受精卵直到幼魚孵化。同時,圓蚌也會讓自家小孩鉤介幼蟲,附著在高體鰟鮍的魚體上,等到變態成幼蚌後,才會從魚體脫落,沉降到水底繼續生長。

圖/研之有物(來源|國家生技研究園區環境教育中心)

在國家實驗動物中心的外圍,有幾棵長相特別的樹,最中間的樹幹已被榕樹纏繞、瀕臨枯死,上頭還有一個個小洞,造成如此奇觀的主角就是「五色鳥」(又名臺灣擬啄木)。每年春夏交接之際,進入繁殖期的五色鳥會開始建造愛的小窩,牠們會選擇質地較脆弱的樹木,啄樹洞築巢。而榕樹之所以會纏繞在別棵樹上,很可能是五色鳥吃了榕樹果實後,種子隨著糞便掉落在樹周遭,因而形成樹木交纏的奇景,也為五色鳥營造合適的繁殖環境。

五色鳥。圖/Pixabay

回到環境教育中心前方的草叢,隱身其中的蛙類正在開演唱會,鳴叫聲震撼地表的每個角落。之所以吸引大量蛙類棲息,要歸功於「生態草溝」的設置。不同於只重排水的水泥溝,生態草溝的底部是天然的泥土地,兼具排水、保水、綠化及營造生物棲地等功能。走進這片生機盎然的綠地,緊鄰池畔種植了一排特殊的樹種「羅氏鹽膚木」,其果實含有的乳脂狀物質帶有鹹味,原住民族常用來替代食鹽調味,也會用其木材製作耳環或其他器具。

生態草溝。圖/研之有物
羅氏鹽膚木。圖/王星文

生態草溝所營造的自然棲地一路延伸到「樹木銀行」,與園區周遭的淺山森林接壤,建構出食物鏈穩定發展的生態系。園區興建時盡量不傷害原棲地的動、植物,但不免因建設需要,必須移動一些樹木和表土,於是特別設置樹木銀行,作為樹木的新家。移植時須選擇合適的季節,靜置約 6 個月讓根系有足夠的修復時間,才能種植到新的土地。

此外,因工程而挖除的表土也不能丟棄,裡頭富含營養的有機質、多樣的原生植物種子,可以鋪設在原生林帶和人工濕地復育區,期待種子發芽、造就永續長存的生態系。

生態滯洪池。圖/研之有物

從百年前埤塘梯田綿延的農村聚落,到 20 世紀工業興起遺留的黑鄉印象。今日的南港已摘掉黑鄉帽子,試圖在科技發展與生態保育之間取得平衡。

【國家生技研究園區環境教育中心】

研之有物│中央研究院_96
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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