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夏夜竹林裡的小精靈「螢光蕈」──那些發光的菇菇們!

MiTalk
・2019/05/15 ・3121字 ・閱讀時間約 6 分鐘 ・SR值 535 ・七年級
  • 柯惠棉/中央研究院/生物多樣性研究中心/博士後研究員

儘管毫不起眼,在歧異多樣的棲地與微環境中,確實棲息著亟待發現的神奇寶貝們。這個專欄將依序介紹這個季節會出現在台灣各個角落的有趣微生物。

發光蕈:真菌系寶貝,特殊技能是發出冷光

發光蕈,發光的真菌,跟螢火蟲同樣是會發出冷光(bioluminescence)的生物。雖然有時候被稱為螢光蕈,但其實它的發光原理和螢光大不相同。有別於螢光(fluorescence)需要用外來的光源激發,冷光則是由生物體內的化學反應來產生光。簡單來說,發光的過程是由一個被稱為螢光素酶 (luciferase)的蛋白氧化一個稱為螢光素(luciferin)的化學分子,在這裡過程中產生了光子而發光。

能夠產生冷光的生物,從陸地上的螢火蟲,叩頭蟲以及蕈類【圖一】,到海洋中的弧菌屬【圖二】以及雙鞭毛蟲門,甚至磷蝦都演化出冷光系統。以螢光素酶和螢光素產生冷光看起來似乎是個簡單的化學反應,但其實它沒那麼簡單。

【圖一】Mycena 屬的發光覃。上:長在枯木上的 M. kentingensis ,攝於屏東墾丁。下: 長在竹子上的 M.chlorophos ,攝於屏東科技大學。圖/柯惠棉提供
【圖二】培養在錐形瓶裡面的 Vibrio 菌種。圖/柯惠棉提供

螢光素酶與螢光素只是統稱,實際上不同物種螢光素酶的蛋白質序列並不一樣,參與的螢光素也不同2

螢火蟲的螢光素酶以及螢光素的分子組成早在 1968年3與 1978 年1已經被科學家所解開,但是真菌的螢光素是直到 2015 年才為人們所知6,而第一個真菌螢光素酶的序列甚至到了 2018 年底才被解開4。除此之外,發光機制的不同,也讓各物種發出顏色不一樣的光。例如發光真菌發出的是波長介於 520 到 530nm 間的綠光,而細菌大約是 490 nm,不同螢火蟲物種發出的光,從綠光到黃綠光(538 – 570 nm)都有。

九種已知螢光素,各有不同的分子結構。圖/取自Kaskova 等人,2016)

是誰住在發光的木頭裡?發光真菌~

發光蕈是什麼時候被發現的呢? 古希臘哲學家亞里斯多德(Aristotle)以及古羅馬作家老普林尼(Pliny the Elder)曾經描述過發光的木頭。但當時對他們而言,發光的木頭僅是一個既夢幻又神秘的自然事件。直到 1954 年,奧地利化學家 JohannFlorian Heller 才著手研究它,首先確認了發光的原因是木頭裡真菌菌絲的傑作。

真菌中只有傘菌目(Agaricales)中某些類群的真菌具有發光特性,包括 Omphalotus lineage 當中的 12 個物種、Armillaria lineage 裡面的 10 個物種,以及 Mycenoid lineage 裡面超過 50 個物種都會發光。至於這些發光的真菌,是不是來自相同祖先?它們可能是從同一個祖先演化出來,經過一段時間後,部分種類喪失了發光的特性。它們也有可能是因為某種共同需求,而都演化出類似的發光系統。這一點至今仍是個未解之謎。

更有趣的是,不同真菌物種的發光部位不盡相同。譬如 Armillariamellea 在生活史中,只有菌絲體時期會發光,但是形成子實體之後就不會。但是在台灣常見的螢光小菇 Mycena chlorophos上,則是在菌絲體及子實體的蕈傘與蕈褶皆會發光,而蕈柄則無【圖1】。

台灣不只農產多,發光小菇也很多

由於發光小菇在台灣的普遍性,目前台灣發光小菇的採集記錄最多,研究此真菌的報告亦最多。

其中,嘉義大學園藝系洪進雄教授研究的是發光小菇菌絲體的培養條件8。中興大學高孝偉教授研究團隊則記錄各地發光小菇的特性。目前發光小菇都是在竹林中才能找到;不同地點採集到的小菇在發光特性上略有不同,像是在台灣北部石碇以及三義所採集的樣本不會發光,中南部的溪頭及墾丁的樣本同時有發光與不發光的個體,而在阿里山、臺南、屏東、花蓮所採集的樣本則都會發光。然而,利用分子方式所建立的親緣關係可區分石碇、三義跟中南部的樣本,但無法用來區分發光與不發光的樣本10

至於其他 Mycena 屬的發光蕈物種,由於種類繁多(全世界大約有五百多種),要以外部形態來鑑定是有名的困難。近幾年高孝偉教授研究團隊利用形態及分子方法,鑑定出台灣新種墾丁小菇(M. kentingensis )7、晶瑩小菇(M. jingyinga )、鹿谷小菇(M. luguensis )及維納斯小菇(M.venus )9

此外,中央研究院蔡怡陞副研究員的研究團隊也以定序全基因體的方式,致力研究發光真菌的演化。他們採取的策略是:分別取出發亮與微弱或不亮的真菌組織 RNA,定序後進行轉錄體(transcriptome)比較,根據表現程度的不同來推測可能參與發光機制的基因。

花若芬芳,蝴蝶自來;菇菇發光,蟲蟲過來?

既然提到了發光蕈演化的過程可能跟功能有關,接下來你便想問:為何真菌要發光?為誰發光?我們知道螢火蟲發光是為了求偶,那真菌是不是也是為了繁殖下一代而發光?的確,科學家對於真菌發光所提出的假說之一,便是真菌利用發亮的子實體來吸引昆蟲啃食,並幫忙散播孢子。

一群科學家在巴西椰林(Coconut Forest) 裡做了個實驗來驗證這個假說5。他們的目標是Neonothopanus gardneri (屬於前述 Omphalotus lineage 其中一員),想知道它們發光的目的是否與繁殖有關?

他們做了19 個假蕈,上面黏著發出發光波長 530 nm 的 LED 燈,來模擬野生 N. gardneri 所發出的光。對照組則是把燈關掉的另外19 個假蕈。他們把假蕈放在森林裡,連續觀察五個夜晚,記錄吸引到的昆蟲。實驗的結果顯示,發光的假蕈吸引了六隻鞘翅目(對照組為零)和 17 隻雙翅目(對照組為四)的昆蟲,證實它發的光具有吸引昆蟲靠近的功效。

雖然有這樣的實驗佐證,但其他發光的真菌物種是否也是為了吸引昆蟲而發光呢?有些發光蕈只有無性世代的菌絲會發亮,它們顯然是為了別的理由才這麼做的。另外有個假說認為,發光的反應是蕈類在分解腐爛木頭時,為了移除過程中產生的有毒活性氧(reactive oxygen species),而產生的代謝副產物。不過目前尚未有相關研究可以支持這個假說。

發光菇菇,快使出冷光攻擊,基因工程標記新技術?

說了這麼多演化或是機制,科學家又為什麼要研究冷光機制呢?冷光除了真的很夢幻之外,它們有沒有實際上的應用?當然有的,冷光可以被運用在生物研究上。你可以利用基因工程,把螢光素酶蛋白表現在某些特定的生物細胞內,當作標記。這樣一來這個細胞不需要激發就會發光,可以藉由偵測發出來的光來追踪細胞,而且在活體細胞也能夠觀察。或是也可以把螢光素酶基因接在啟動子後面,幫助科學家來偵測某個特定基因轉錄的程度。

說完這些有趣而費解的謎題,若想一窺它們的廬山真面目,5-9 月在下過雨的嘉義阿里山、新化國家植物園、屏東墾丁的竹林或是山區,都是造訪它們的好去處。2018 年我們也在台東太麻里發現它們的蹤跡。賞發光蕈需要在全暗的環境下,建議選擇已經熟悉的步道或是在白天先探過一次路,最好攜伴同行。會長香菇的地方一定既潮濕又溫暖,是同時觀察青蛙的好地方,但也是愛吃青蛙的掠食者(如蛇)活動的好地方。此外有些昆蟲(包括蟑螂)也喜歡吃香菇,你也有機會遇見。賞菇,也就同時是個觀察大自然各種生物生態的好時機。

墾丁竹林叢中的發光小菇。圖/柯惠棉提供

參考文獻

  1. M, McElroy WD (1978) Purification and properties of fireflyluciferase. Methos Enzymol, 3-15.
  2. Kaskova ZM, Tsarkova AS, Yampolsky IV (2016) 1001 lights: luciferins,luciferases, their mechanisms of action and applications inchemical analysis, biology and medicine. Chemical Society Reviews45, 6048-6077.
  3. Kishi Y, Matsuura S, Inoue S, Shimomura O, Goto T (1968) Luciferinand luciopterin isolated from the Japanese firefly, Luciola cruciata.Tetrahedron Lett, 2847-2850.
  4. Kotlobay AA, Sarkisyan KS, Mokrushina YA, et al. (2018) Geneticallyencodable bioluminescent system from fungi. Proc Natl Acad Sci U SA 115, 12728-12732.
  5. Oliveira AG, Stevani CV, Waldenmaier HE, et al. (2015) Circadiancontrol sheds light on fungal bioluminescence. Curr Biol 25, 964-968.
  6. Purtov KV, Petushkov VN, Baranov MS, et al. (2015) The chemicalbasis of fungal bioluminescence. Angew Chem Int Ed Engl 54, 8124-8128.
  7. Shih YS, Chen CY, Lin WW, Kao HW (2014) Mycena kentingensis , anew species of luminous mushroom in Taiwan, with reference to itsculture method. Mycol Prog 13, 429-435.
  8. 周秀宜、洪進雄 (2014) 發光小菇菌絲體離體培養之研究。碩士論文。
  9. 張瓊之、高孝偉 (2017) 台灣產螢光菇的分類及分子親緣關係。碩士論文。
  10. 施雨伸、高孝偉 (2013) 臺灣產螢光小菇的分布、分類及人工培養,並兼述一新種。碩士論文。

 

本文轉載自MiTalkzine,原文《夜光派對- 叢林中的夢幻發光蕈

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海豹在臺灣出現合理嗎?鼻頭漁港海豹現身事件和跟著浮出水面的反思

chungweiyou_96
・2021/10/27 ・3368字 ・閱讀時間約 7 分鐘

本週(10/24)在臺灣瑞芳的鼻頭漁港首度發現一隻靠岸在本島的海豹,這個消息對很多人來說都非常的興奮!但另一方面,這隻海豹也讓一些問題跟著浮出水面:比方如何辨識海豹、海獅等鰭腳類動物?新北市動保處為何要捕捉這隻海豹?海豹出現在臺灣合理嗎?港內的垃圾如何處理?跟著本文,讓我們來一一了解!

海豹、海象、海獅、海狗,傻傻分不清楚?

在分類方面,首先我們知道鰭腳類動物(Pinnipedia)就是指這類四肢演化成鰭狀的海洋哺乳類動物,主要分布在溫帶與寒帶(但仍有少數例外,如加拉巴哥海獅 Arctocephalus galapagoensis 所分布的加拉巴哥群島就是位處熱帶)。

鰭腳類動物包含了海象、海豹、海狗以及海獅,對一般人來說確實是個挑戰。其中較好分的就是海象,擁有一對非常醒目的獠牙;其次則是海豹,海豹是沒有外耳的,後腳看起來更接近尾巴,因此在岸上移動困難;而海獅和海狗就不好分了,在分類上的定義也不夠明確(海狗是海獅類群的其中一分子),要分辨的話,普遍主要會從海獅體型較大、雄海獅有明顯鬃毛、體毛較粗等來大致區分。

環海豹。圖 / 作者提供
加拉巴哥海獅。圖 / 作者提供。

為何要把海豹抓起來?可能的原因與反思

然後就是新北市動保處為何想要捕捉這隻海豹了。這個問題大概可以拆解成以下幾項:

一、因為海豹是外來種?

新北市動保處處長在新聞稿以及鼻頭漁港現場,都說了海豹是外來種云云。

外來種的定義是「某物種直接或者間接靠人為力量抵達某原分布外的地點者稱之」;反過來說,靠自身能力(飛行、游泳、空漂、海漂⋯⋯)抵達臺灣的生物,就不是外來種。而目前經清查,各大水族館以及海洋公園等地,都說並沒有遺失海豹的情況之下,這隻在鼻頭漁港出現的海豹,就不能以外來物種的標準處置(如果有所謂的外來種處置方式的話啦)。

二、還是哺乳中的小海豹?

10 月 25 日早上,我也在鼻頭漁港現場攝影,並目擊了圍捕經過。詢問過後發現,現場所有準備圍捕海豹的人員,沒有一人知道那隻海豹究竟是什麼物種。如果有小小做點功課,至少會說可能是斑海豹或者港海豹的其中之一,但現場沒有人說出上述的任何名字。

就我個人在現場觀察和攝影,個人認為比較可能是港海豹(Phoca vitulina),但因為港海豹和斑海豹(Phoca largha)外觀相當相似,所以也不敢直接說死。

港海豹分布於亞洲、歐洲以及北美洲的溫帶和寒帶地區,IUCN 判定無危,數量穩定。如果現場人員都無法判斷這隻海豹究竟是哪個物種,要人如何相信 24 日報導中說的「專人判定是哺乳期中的小海豹」?專人是哪位?以這種不夠可信的理由想要把海豹抓起來,似乎操之過急。

那我們就來看看這隻海豹是哺乳期幼仔是否合理吧!首先,港海豹在介於 2 月到 7 月之間產仔(緯度越高越晚生),產仔之後,媽媽只花 3-4 週的時間哺乳,之後就離開寶寶讓牠獨立生存。所以假設牠最晚在 7 月出生,又哺乳長達 4 週,圍捕當天已經是 10 月 25 日,怎麼算都不可能是所謂的「還在哺乳期的個體」!

有新聞報導小海豹可能跟母豹走失。圖/NowNews

根據 Monica Muelbert 和 William Don Bowen 在 2011 年的研究[1]顯示,港海豹幼仔平均在產後 24.1±0.44 天斷奶,斷奶的當下體重為 24.9±0.45 公斤 (n=52)。鼻頭漁港的這隻港海豹雖然沒有被抓起來量體重,但目測體長約 1 公尺、體重超過 25 公斤應該是沒有懸念,怎麼看都不是哺乳期的幼仔,還腦補了跟父母走散等劇情,用意只是想合理化捕捉的動作嗎?

這次在鼻頭漁港的港海豹。圖 / 作者提供。

三、擔心小海豹在漁港內受傷?

基本上這隻迷路到臺灣的港海豹,應該視為如同迷鳥一樣的狀況。同樣是史上首見,2014 年金山小白鶴剛到的時候,動保處也沒有急著要捕捉,那為什麼這隻港海豹就要抓?在「外來種之說」以及「哺乳期幼仔之說」都有些不可靠的情況下,處長接著說因為牠在漁港內可能會被漁船或者漁具等弄傷,所以想要捕捉之後去野柳海洋世界給獸醫師檢查,再找適當的時機和地點野放。

這個理由我可以接受,但正值東北季風強盛,當天早上天氣也一直都不好,港外的浪況相當驚人,捕捉人員雖然沒有抓到港海豹,但間接把港海豹趕出港外,在這種浪況極度不佳的海象之下,是不是逼著牠去冒更多的險?漁船在這種天氣也不會出港作業,若能讓牠在港內休息幾天,也觀察幾天,等過幾天天氣好,港海豹也因為喘息幾天而恢復體力(一路從溫帶南漂到臺灣肯定非常消耗體力),再有所動作應該也不遲?

金山小白鶴。圖 / 作者提供。

後來,10/25早上離開鼻頭漁港前,動保處處長說,他們當天的捕捉行動其實也想要測試、觀察港海豹的行動能力。看起來牠逃走的時候很正常,游泳的速度也是非常快,應該是健康無虞的個體。

港海豹出現在臺灣合理嗎?

至於港海豹出現在臺灣到底合不合理?要回答這個問題之前,要先知道一個概念:動物在某地點族群數量變多,新的個體競爭不到資源(或者數量沒變多,但環境品質劣化導致資源減少)時,就有可能冒險向外拓展新領地。

如果是海豹,在這個過程中,就有可能被強大的洋流帶往意料之外的低緯度地區,比方沖繩和越南都有發現過海豹的紀錄。至於臺灣的部分,昨晚看到李璟泓(里山基金會發起人)學長挖到一則老新聞,說 1957 年 8 月就有漁船在臺灣海峽撈到海獅(但其實比較像海豹);2013 年 6 月,蘭嶼東清灣海灘上也曾發現了一隻斑海豹屍體;所以此事件並不是完全沒有前例可循,在試圖妄下結論之前,真的要先花時間找資料啊。

1957年的報紙新聞。圖/取自國立公共資訊圖書館。

番外篇:港內垃圾怎麼那麼多?

再來就是港內的垃圾問題了。在港海豹離開後,已經有工作人員清理了鼻頭漁港內的垃圾,效率很高。大家看到海豹照片的時候,大多都會順便譴責一下垃圾過多的問題。

我也同意港內垃圾必須清理,但這個問題並不是當地人維持乾淨、不亂丟垃圾就能解決的。海洋四通八達,你在某地海邊撿到的垃圾有相當機會其實是遠方其他地區的人丟棄的。這是個相當大的議題,希望大家除了譴責當地人以外,有機會也可以幫忙參加淨灘活動。

鼻頭漁港的海豹與垃圾。圖 / 作者提供。

最後也想特別討論一下,大家如果遇到不熟悉的野生動物該如何應對。每個人對於動物的認識程度不盡相同,總有機會遇到一些自己不認識的動物。建議大家如果遇到不認識的動物,首先務必保持冷靜、安靜,並仔細觀察,記下特徵;如果有機會,就拿出手機拍攝一些照片。取得照片後安靜的離開遭遇動物的現場,讓雙方皆留有一些空間,千萬不要試圖捕捉或者攻擊,除了有犯法之虞,也可能弄巧成拙反而被動物攻擊!

後續,你可以主動搜尋一些管道尋求辨識協助,比方如果你看到的是一隻不熟悉的青蛙,可以有禮的請教一下臺灣兩棲類動物保育協會,以此類推,就看你看到的是哪個類群動物,找相關團體請教即可。甚至,現在社群網路如此發達,你只要 po 在自己的版面上,就有人會幫忙轉貼至各大相關版面,進而獲得解答。你的照片,或許還有可能協助研究者有新的發現!

總之,先觀察、後拍攝,最後安靜離開,就是標準遭遇不熟野生動物的 SOP 囉!

當然最後還要補一句,可以跟上百年難得一見的港海豹來臺事件,真是高興!榮幸!萬幸!Cheers!

參考資料

  1. Monica Muelbert, William Don Bowen, Duration of lactation and postweaning changes in mass and body-composition of harbor seal, Phoca-Vitulina, pups, 2011

chungweiyou_96
952 篇文章 ・ 245 位粉絲
大家好,我最喜歡的類群是兩棲爬行類動物,但基本上對於所有動物的神奇和美麗都是無比嚮往。
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